计算机网络概述

i_zyh

已于 2025-01-04 20:18:34 修改

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文章标签：智能路由器网络

于 2025-01-04 15:12:01 首次发布

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第1章概述

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

一、计算机网络的定义

1. 三类网络：电信网络（电话、传真）、有线电视网络（电视节目）、计算机网络

发展最快并起着核心作用：计算机网络；
随着技术发展，“三网融合”。

2.Internet：全球最大、最重要的计算机网络

（1）两个译名：

因特网：推荐，但长期没得到推广；
互联网：目前流行最广。Internet是由数量极大的各种计算机网络互连起来的。

（2）互联网≠互连网：互连网：在局部范围互连起来的计算机网络

3.互联网是什么？

应用和服务：游戏，视频，社交，电子邮件，购物，网店，网银，无现金支付，数字钱包，数字货币
工作原理：互连结构，交换技术， TCP/IP 体系结构与协议

二、互联网的2个重要特点

是Internet提供许多服务的基础。

1.连通性

使上网用户可以非常便捷、经济地交换各种信息；
好像彼此直接相连。

2.资源共享

信息、软件、硬件共享；
资源好像就在身边一样使用方便

1.2 互联网概述

一、网络的网络

1. 计算机网络

简称网络，是由若干节点和连接这些节点的链路组成；
节点可以是计算机、集线器、路由器等。

2. 互连网（internetwork或internet）

多个网络通过路由器相互连接，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络；
网络的网络。

用云表示网络，可以先不考虑细节，集中精力讨论与互连网有关的一些问题。

3. 网络与互连网

网络：把许多计算机连接在一起。
互连网：把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。
互连网 (internet) ≠ 互联网 (Internet)

二、互联网基础结构发展的三个阶段

1.第一阶段：1969-1990

从ARPANET（单个交换分组网）向互联网发展
1983年TCP/IP协议
1983年作为互联网诞生的时间

2.第二阶段：1985-1993

简称了三级结构的互联网：主干网、地区网、校园网（或企业网）

3.第三阶段：1993-现在

出现了互联网服务提供者 ISP（Internet Service Provider）:①提供接入到互联网的服务；②收取一定费用。现在的互联网是全世界无数大大小小ISP所共同拥有的。
内容提供者（Content Provider）：在互联网上向所有用户提供视频等内容的公司。不向用户提供互联网的转接服务。

4.20世纪90年代：万维网WWW的问世

World Wide Web，由欧洲原子核研究组织开发
互联网指数级增长的主要驱动力

三、互联网的标准化工作

1.3 互联网的组成

从互联网的工作方式上看，可以划分为：

边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，用户直接使用，用来进行通信和资源共享；
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务。

一、互联网的边缘部分

连接在互联网上的所有的主机，处在互联网边缘部分。这些主机成为端系统。

1.“计算机之间通信”的含义

主机A的某个进程和主机B上的另一个进程通信。

2.端系统之间的两种通信方式：

（1）客户-服务器方式（C/S方式）

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；
通信可以是双向的，Client和Server都可发送和接受数据；
客户程序特点：被用户调用后运行，需主动向原地服务器发起通信，必须知道服务器程序地址；
服务器程序特点：不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的通信请求，不需要知道客户程序地址。

（2）对等连接方式（P2P方式）

两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方；
可以进行平等的、对等的连接通信；
每一个主机既是客户又是服务器。

二、互联网的核心部分

互联网中最复杂的部分；
向网络边缘中的主机提供连通性，使任何一台主机都能够向其他主机通信；
在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router）；
路由器是实现分组交换（网络核心部分最重要的功能）的关键构建，其任务是转发收到的分组。

典型交换技术：

电路交换、分组交换、报文交换
互联网的核心部分采用分组交换技术。

1.电路交换

（1）特点：电话线对数和电话机数量平方（n²）成正比： n*(n-1)/2

（2）电路交换特点：通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

建立连接（占用通道资源）；
通话（一直占用通话资源）；
释放连接（归还通信资源）。

应对突发数据不方便。

2.分组交换

（1）在发送端，先把报文划分成更小的等长数据段。

数据段前添加首部构成了分组。

（2）分组交换以“分组”作为数据传输单元

互联网采用分组交换技术。分组是在互联网中传送的数据单元；
发送端依次把分组发送到接收端。

（3）接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文。

（4）分组在互联网中的转发

根据首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息进行转发。
每一个分组在互联网中独立选择传输路径。
位于网络核心部分的路由器负责转发分组，即进行分组交换。
路由器要创建和动态维护转发表。

（5）分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠。

（6）分组交换带来的问题

排队延迟：分组在各路由器存储转发时需要排队。
不保证带宽：动态分配。
增加开销：各分组必须携带控制信息；路由器要暂存分组，维护转发表等。

3.三种交换的主要区别

若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

1.5 计算机网络的类别

一、计算加网络的定义

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。（不用背）。

二、几种不同类别的计算机网络

1.按照网络的作用范围分类：

若中央处理器之间距离很近（1m或更小），则一般称为多处理机系统，而不是计算机网络。

2.按照网络的使用者分类：

1.6 计算机网络的性能

一、性能指标

1. 速率 bit/s

指的是数据的传送速率，也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。
速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。

千 = K = $2^{10}$ = 1024，兆 = M = $2^{20}$ = 1024 K，吉 = G = $2^{30}$ = 1024 M

1 字节 (Byte) = 8 比特 (bit）

2.带宽

最高数据率，单位就是bit/s。
一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。

3. 吞吐量

单位时间内通过实际数据量。

4. 时延

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。

组成：

发送时延
传播时延
处理时延
排队时延

（1）发送时延：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

（2）传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

电磁波在真空中： $3.0 \times 10^5 km/s$
铜线电缆中： $2.3 \times 10^5 km/s$
光纤中： $2.0 \times 10^5 km/s$

（3）时延产生的地方

（4）容易产生的错误概念

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率，而不是比特在链路上的传播速率。
提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。

例题

结点 A 要将一个数据块通过 1000 km 的光纤链路发送给结点 B。假设忽略处理时延和排队时延。请分别计算下列情况时的总时延，并验证“数据的发送速率越高，其传送的总时延就越小”的说法是否正确。

数据块大小为 100 MB，信道带宽为 1 Mbit/s

数据块大小为 100 MB，信道带宽为 100 Mbit/s

数据块大小为 1 B，信道带宽为 1 Mbit/s

数据块大小为 1 B，信道带宽为 1 Gbit/s

解：

传播时延 = 1000 km / 2.0 ⅹ 105 km/s = 5 ms。

发送时延 = $100 \times 2^{20} \times 8 \div 10^6$ = 838.9 s，总时延 = 838.9 + 0.005 ≈ 838.9 s。

发送时延 = $100 \times 2^{20} \times 8 \div 10^8$ = 8.389 s 总时延 = 8.389 + 0.005 = 8.394 s。缩小到（1）的近 1/100。

发送时延 = $1 \times 8 \div 10^{6} = 8 \times 10^{-6} s$ = 8 μs, 总时延 = 0.008 + 5 = 5.008 ms。

发送时延 = $1 \times 8 \div 10^9 = 8 \times 10^{-9}s$ = 0.008 μs 总时延 = 0.000008 + 5 = 5.000008 ms。与（3）相比没有明显减小。