这一章主考选择和简单的计算题

名词解释

集线器（hub）：可以把多个结点连接起来组成一个计算机网络，工作在物理层。

交换机（Switch）：可以把多个结点连接起来组成一个计算机网络，工作在数据链路层。

路由器（router）：可以把两个或者多个计算机网络互连起来，形成规模更大的计算机网络，也称为“互连网”，工作在网络层。

家用路由器：路由器和交换机和其他。

ISP：互联网提供商（例如：电信、移动、联通）

信道：表示某一方向传送信息的通道（信道≠通信线路），一条通信线路在逻辑上往往对应一条发送信道和一条接收信道

1.1_1

什么是计算机网络？

计算机网络是一个将众多的分散的，自治的计算机系统，通过通信设备，线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

计算机网络，互联网和互连网的区别（以下解释为每个名词的范畴）

• 计算机网络：是由若干的结点和连接的链路组成的。（结点可以是计算机，交换机，路由器和集线器等；链路可以是有线的和无线的）
• 互连网（internet）：多个计算机网络通过路由器互连而成。
• 互联网（Internet）：由各大ISP和国际机构组建的，覆盖全球的互连网（internet）。

互联网必须使用TCP/IP，互连网可以使用任意协议

1.1_2

计算机网络的组成

从组成上看

从工作方式上看

从逻辑功能上看

计算机网络的功能

• 数据通信：实现计算机之间的数据传输。（最基本，最种要的，没有他后面的功能都不能实现）
• 资源共享：硬件，软件，数据资源。
• 分布式处理：将某个复杂的任务分给多个计算机处理。
• 提高可靠性：网络中各台计算机互为替代机。
• 负载均衡：网络中各台计算机公同分担繁重的工作。
• 其他：满足社会和生活的需求。

1.1_3_1

电话网络（使用电路交换）

电路交换过程

• 建立连接（尝试占用资源）
• 通信（一直占用通信资源）
• 释放连接（个归还通信资源）

电路交换的优点

• 通信前建立一条端到端的专用的物理链路，在通信的时间内占用线路资源，数据直达，传输速率高（电路交换适合低频次的，大量的传输数据）

电路交换的缺点

• 建立和释放需要时间
• 线路被占用，利用率低
• 线路分配的灵活性差
• 交换结点不支持差错控制，无法检验传输的数据错误

电报网络（报文交换）

报文组成：控制信息+用户数据

报文交换的优点

• 不需要建立连接
• 通信时间内不用独占一条通路，相比于电报交换，线路利用率高
• 数据以报文形式，被各个结点进行储存转发，通信链路灵活
• 交换结点支持差错控制

报文交换的缺点

• 报文不定长，不方便转发
• 长报文储存转发时间长，开销大
• 长报文容易出错，重传代价高

分组交换

每条数据组成为：首部+数据（首部组成为：原地址，目的地址，分组号）

分组交换优点

• 由报文交换的所有优点
• 分组定长，方便储存转发     
• 分组的储存转发时间开销小，缓存开销小
• 分组不易出错，重传代价低

分组交换的缺点

• 相比于报文交换，控制信息占比增加
• 相比于电路交换，存在储存转发时延（报文交换也有）      
• 报文被拆成多个分组，传输过程可能会出现失序，丢失等问题，增加处理难度

虚电路交换（基于分组交换）

交换过程

• 建立连接（虚拟电路）
• 通信（分组按序，按以建好的既定线路发送，通信双方不独占线路）
• 释放连接

1.1_3_2

 三种交换方式的性能分析

电路交换

报文交换

分组交换

1.1_4

计算机网络的分类

• 按分布分类
  • 广域网（WAN）
  • 城域网（MAN）
  • 局域网（LAN）
  • 个域网（PAN）
• 按传输技术分类
  • 广播式：当一台计算机发送数据时，广播内的所有计算机都会收到这个数据
  • 点对点：精准送达
• 按拓扑结构分类
  • 总线型：数据广播式传输，存在总线竞争（典型：集线器连接的设备）
  • 环型：数据广播传输，通过令牌解决总线争用问题，令牌依次传递，拿到令牌使用总线
  • 星型：点对点传输，不存在总线争用问题
  • 网状：点对点传输（灵活，可靠性高，控制复杂，线路成本高）
• 按使用者分类
  • 公用网
  • 私用网
• 按传输介质分类
  • 有线网络
  • 无线网络

1.1_5_1

计算机网络的性能指标

速率

概念：指的是连接到网络上的结点在信道上传输的速率，也称数据率或比特率，数据传输速率（真题常用）

单位：bits/s，b/s，bps（真题常用）

注意：有时也会有B/s（1B=8b，B=Byte字节,b=bit比特）

常用前缀k -> M ->G -> T(计网中：依次×10的3次方；计组和操作系统中：依次×2的10次方)

带宽

概念：某信道最大传输速率

结点间通信实际能达到的速率，由带宽和结点性能共同决定

吞吐量

概念：指的是单位时间内通过某个网络的实际数据量

时延

概念：指数据从网络的一端到另一端所需要的时间

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

发送时延：又称传输时延，是将数据退向信道花费的时间

传播时延：电磁波在信道中传输一定距离所花费的时间

发送时延 = 数据长度（bit）/  数据发送速率（bit/s）

传播时延 = 信道长度（m）/ 电磁波在信道中传输速率（m/s）

时延带宽积

概念 ：一条链路中，已从发送端发出但是没有到达接受端的最大bit数

时延带宽积 = 时延（s） × 带宽(b/s) (单位 bit) 

往返时延

概念 ：表示发送方发送数据到发送方接收接受方的确认总共经历的时间

信道利用率

概念 ： 信道中有百分之多少的时间有数据通过

公式 ：有数据通过的时间 / （有数据通过的时间 + 没数据通过的时间）

1.2

网络体系结构概念（难懂）

概念 ： 是计算机网络各层及其协议的集合，就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义（不涉及实现）

实现 ： 是遵循这种体系结构前提下，用何种硬件和软件完成这些功能的问题

实体 ： 计算机网络结构中，第n层的活动元素，软件+硬件，通常成为第n层的实体，不同机器上的同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体

协议 ：控制对等实体之间通信的规则的集合，是水平的

接口 ：即同一节点相邻两层的实体交换信息的接口，又称为访问服务点

服务 ： 是指下一层为上一层提供的功能调用，是垂直的

PDU（协议数据单元）：对等层次之间传送的数据单位，第n层的PDU记为n-PDU

SDU（服务数据单元）：为了完成上一层实体所要求的功能而传输的数据，第n层的SDU记为n-SDU

PCI （协议控制单元）：控制协议操作的信息，第n层的PCI记为n-PCI（也就是那一层的首部）

协议三要素

• 语法：数据和控制信息的格式（例如，协议的控制信息占几个字节，每个字节什么含义）

• 语义：完成何种动作，做出何种应答

• 同步（时序）：执行各种操作的条件，时序关系等，也就是事件的发生顺序

OSI参考模型（ISO国际化组织提出的）

物理层 ：实现相邻的比特传输（定义电路接口的参数，定义传输信号的含义，电气特征）

数据链路层：确保相邻结点之间的链路上无差错（以帧为单位进行差错控制和流量控制：协调两个结点的速率），物理寻址

网络层：把分组的源节点转发到目的节点（路由选择，分组转发，拥塞控制，网际互连，以分组为单位进行差错控制和流量控制，使用虚电路进行连接和释放，可靠传输管理：接收方需返回分组确认信息）

传输层：实现端到端的传输（即进程到进程，端指的是“端口”，以报文段为单位进行差错控制和流量控制，使用虚电路进行连接和释放，可靠传输管理：接收方需返回分组确认信息）

会话层：采用检查点机制，断点续传

表示层：解决不同主机上信息表示不一致的问题（数据格式转换：加密，解密，压缩，编码转换）

应用层：实现特定的应用

数据传输的单位

数据链路层的流量控制是节点到节点之间的

网络层是整个网络的流量控制

传输层实现的是端到端的流量控制

TCP/IP模型 （美国国防部阿帕网（ARPANET）项目的后续成果）

应用层：由OSI参考模型中的应用层，表示层，会话层的功能，通过协议来实现数据格式转换（表示层）和会话管理（会话层）

传输层：复用和分佣 ， 差错控制和流量控制，连接和释放，可靠传输管理

网络层：路由选择，分组转发，拥塞控制，网际互连

网络接口层：实现相邻的节点之间的数据传输（为网络层传输“分组”），具体怎么传输不做规定，这是TCP/IP更灵活，适应

OSI参考模型可向上层提供有连接的可靠服务（虚电路），无连接的不可靠服务（数据包）

OSI只有网络层支持无连接和面向连接的通信，传输层仅支持面向连接的通信

TCP/IP模型仅向上层提供无连接的不可靠服务（数据包）

TCP/IP模型只有传输层支持无连接和面向连接的通信，网络层仅支持面向连接的通信