第一章 计算机网络体系结构

第一章 计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述

1.计算机网络的概念、组成与功能

计网的概念

• 以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合
  • 目的：资源共享
  • 组成单元：分布在不同地理位置多台计算机
  • 网络中计算机必须遵循的统一规则：协议

网络的网络（internet）

• 计算机网络由结点Node和链路Link组成
  • 结点包括 计算机、集线器、交换机、路由器
• 网络之间通过路由器互联起来，构成了覆盖范围更大的网络：互联网（internet） 因此是“网络的网络”（Network of Networks）
• 网络把计算机连接在一起，而互联网把网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机叫主机

问题：

• Internet 和 internet 的区别

• internet(互联网)是通用名词 泛指多个计算机互联而成的网络，他们的通信协议是任意的
• Internet(因特网)是一个专有名词 指全球最大的、开放的、由众多网络互联的特定计算机网络，采用TCP/IP作为通信规则。

计网的组成

• 组成部分上，由硬件、软件、协议三大部分组成
  • 协议：网络传输的规范 是对同等实体之间通信指定的有关通信规则约定的集合
• 工作方式上，分为边缘部分和核心部分
  • 边缘部分由**主机(端系统 end system)**组成，是用户直接使用的，用于通信和资源共享
  • 核心部分由网络和router组成，为边缘部分提供连通性和交换
  • 注：计算机之间的通信是主机A 的某个进程和主机 B 的另一个进程通信
• 功能组成上，分为通信子网和资源子网
  • 通信子网由传输介质、设备和对应协议构成
  • 资源子网由资源共享设备和软件的集合构成

• 客户-服务器方式 C/S
  • 客户是服务请求方，服务器是服务提供方
  • 客户主动发起通信，必须知道对方地址，不需要复杂操作系统
  • 服务器可同时处理多个请求，被动等待客户的请求，需要强大的操作系统支持
  • 客户服务器指的是进程（软件）
• 对等连接方式 P2P
  • 两台主机通信时不区分谁是服务请求方，谁是服务提供方
  • 本质上看仍然时C-S方式，只是每一台主机既是客户又同时是服务器
  • 支持大量对等用户工作

计网的功能

两个重要的基本特点是连通性和共享

① 数据通信(连通性)

• 最基本最重要的功能 实现计算机信息的传输
• 将分布在不同地理位置的计算机互连起来
• 进行统一调配、控制、管理

② 资源共享

• 软件共享、数据共享、硬件共享

③ 分布式处理

• 分配给空闲计算机处理某个复杂任务

④提升可靠性

• 互为替代机

⑤负载均衡

• 任务均衡分配

2.计算机网络的分类

• 按覆盖范围
  • 广域网 WAN 50km-2000km
  • 城域网 MAN 5-50km
  • 局域网 LAN 50m-5km
    • 局域网用广播技术，广域网用交换技术
  • 个人区域网 PAN 10m
• 按拓扑结构
  • 星 总线 环形(令牌) 网状(可靠性高但链路复杂成本高)
  • 前三种用于局域网，网状用于广域网
• 按使用者
  • 公用网
  • 专用网
• 按传输介质
  • 有线(双绞线、同轴电缆、光纤)
  • 无线(蓝牙 微波 无线电)
• 按传输技术
  • 广播式
    • 所有联网计算机共享一个公共通信信道
    • 当一个计算机发送报文分组，其他计算机均会收听到分组
    • 局域网，无线卫星采用
  • 点对点
    • 每条物理链路连接一对计算机
    • 没有直接链路则通过中间节点接收、存储、转发 终点
    • 广域网基本采用点对点
• 按交换技术
  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换

3.计算机网络的标准化工作及相关组织

• 关注1983年ARPANET的前身

注：

• 互联网服务提供者ISP(Internet Service Provider)

• 如今的互联网是由全世界大大小小ISP共同拥有的，这是网络的网络的原因

• ISP分为：主干ISP、地区ISP、本地ISP

• 互联网交换点IXP(internet eXchange Point)的作用是：允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要第三个网络来转发分组，使得数据流量分布更合理，同时减少了分组转发的时延，降低分组转发费用

• 典型的IXP由一个或多个交换机组成。

组织

*1.2 计算机网络体系结构与参考模型

1.计算机网络分层结构

为什么要分层

各层的作用是什么

2.计算机网络协议、接口、服务等概念

3.ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

相同点：
都采用分层的结构
都基于独立的协议栈概念
两者都可以解决异构网络的互联

不同点（重要）：

• 服务、协议、接口
  • OSI精准定义了服务、协议、接口，符合面向对象程序设计的思想
  • TCP/IP没有明确区分
• 协议的匹配
  • OSI没有偏向特定的协议 通用性良好，但协议不知道放哪一层
  • TCP/IP先出现协议，不会出现协议不匹配模型的情况，但不适合其他非TCP/IP的协议栈
• 异构网络互联
  • OSI只考虑了用一个标准公用数据网将不同网络互联，而只好了网络层划分出一个子层
  • TCP/IP考虑了异构网互联的问题，使用网际协议IP作为单独的重要层次
• 面向连接和无连接
  • OSI支持无连接和面向连接的通信，但在传输层只有面向连接的通信
  • TCP/IP认为可靠性是端到端的问题，因此网际层只有无连接的通信模式，但传输层支持无连接和面向连接两种方式

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