计算机网络PPT总结-第一章

1.1计算机网络在信息时代的作用

网络已经已从最初的教育科研网络逐步发展成为非商业网络：社会经济、教育、文化传播，成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。

时代特征

三化：网络化、数字化、信息化

三网合一：电信网络，有线电视网络，计算机网络

什么是互联网？

互联网是由数量极大的各种计算机网络互连起来而形成的网络。

互联网的两个重要特点

连通性：

共享性：指资源共享

1.2互联网的概述

第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程

1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议

人们把1983年作为互联网的诞生时间

第二阶段：建立一个三级结构的互联网

他是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）

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第三阶段：逐渐形成多层次ISP结构的互联网

出现了互联网服务提供者ISP

根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP和本地ISP

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internet和Internet的区别

以小写字母i开始的internet(互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络

以大写字母I开始的Internet（互联网或因特网）则是一个专用名词，它指当全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信规则，且前身是美国的ARPANET。

1.3互联网的组成

边缘部分：主机（端系统）实现资源共享和网络的通信
核心部分：网络、路由器实现连通性，在网络核心部分起特殊作用的是路由器。路由器实现是分组减缓的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能

端系统的两种通信方式

客户-服务器方式（C/S方式），即Client/Server方式
对等方式（P2P方式），即Peer-to-Peer

客户-服务器方式

客户和服务器都是指通信中涉及的两个应用进程

客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系

客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

对等连接方式

缩放都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档

实质：资源分散在端系统

三类交换方式：

电路交换：N部电话机两两直接相连，需N(N-1)/2对电话线，与N^2成正比
分组交换
报文交换

“交换”的含义

交换的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电话线，使他们连通起来

从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源

电路交换的特点

电路交换必定是面向连接的

电路交换分为三个阶段：

建立连接
通信
释放连接

电路交换的缺点

计算机数据具有突发性
通信线路的利用率很低
电路交换不适合计算机网络

分组交换的特点

分组交换则采用存储转发技术
在发送端先把较长的报文划分为较短的、固定长度的数据段。
每个数据前面添加首部构成分组

路由器处理分组的过程

把收到的分组先放入缓存（暂时存储）
查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发
把分组送到适当的端口转发出去

主机和路由器的作用不同

主机为用户进行信息处理的，并向网络发送分组，从网络接收分组

路由器对分组进行存储转发，最后把分组交付给目的主机。

分组交换的优点

高效
灵活
迅速
可靠

分组交换带来的问题

分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延

分组携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销

计算机网络的分类

1、按照网络的作用范围进行分类

广域网WAN
城域网MAN
局域网LAN
个人区域网PAN

2、按照网络的使用者进行分类

公用网
专用网

3、用来把用户接入到互联网的网络

接入网

计算机网络的性能指标

速率
带宽
吞吐量
时延
时延带宽积
往返时间RTT
利用率

速率

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位
速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数据的传输速率，它也称为数据率或比特率
速率的单位是bit/s 或kbit/s
速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率

带宽

两种不同意义：

带宽本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫）
在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的最高数据率，单位是bit/s，即比特每秒

在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄

吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
吞吐量更经常地用于对现实世界中网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制

时延

时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
有时也称为延迟或迟延
网络中的时延由以下几个不同的部分组成：
- 发送时延：也称为传输时延
  - 发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间
  - 发送时延= 数据帧长度（bit）/ 发送速率（bit/s）
- 传播时延
  - 电磁波在信道中需要传播一定距离儿花费的时间
  - 发送时延与传播时延有本质的不同
  - 信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念
  - 传播时延= 信道长度（米）/ 信号在信道上的传播速率（米/秒）
- 处理时延：主机或路由器收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间
- 排队时延：分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延，排队时延的长短取决于网络中当时的通信量

时延

数据在网络中经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

时延带宽积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

往返时间RTT

互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的。因此，有时候需要知道双向交互一次所需的时间

往返键表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，共经历的时间。

在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延

利用率

分为信道利用率和网络利用率

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零

信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

衡量计算机网络的性能指标主要有：

速率
带宽
吞吐量
时延
时延带宽积

计算机网络体系结构的形成

分层的好处

各层之间是独立的
灵活性好
结构上可分割开
易于实现和维护
能促进标准化工作

注意：层数要适当。层数太少，就会使每一层的协议太复杂。层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难

网络协议

计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则
这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同时含有时序的意思）
网络协议，简称协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定

网络协议的三个组成要素

语法：数据与控制信息的结构或格式（什么格式）
语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及何种响应（做什么）
同步：时间实现顺序的详细说明（何时做）

协议和服务的不同

协议的实现保证了能够向上一层提供服务
本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的
协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则
服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的
上层使用服务原语获得下层所提供的服务

计算机网络的体系结构

计算机网络的体系结构是计算机网络的各层机器协议的集合。就计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义
实现是遵循这种体系结构的前提用何种硬件或软件完成这些功能的问题
体系抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件

OSI体系结构

应用层
表示层
会话层
运输层
网络层
数据链路层
物理层

TCP/IP的体系结构

应用层
运输层
网际层IP
网络接口层

五层协议的体系结构

应用层：为应用进程提供服务
运输层：为主机进程通信提供服务，复用 + 分用
网络层：为分组交换网的不同主机提供通信服务：分组选择合适的路由IP，路由选择协议
数据链路层：透明地传输帧
物理层：透明地传输比特流

实体、协议、服务和服务访问点

实体表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务

要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务