计网 第一章 概述

目录

1.1 计算机网络在信息时代的作用   

1.2 因特网概述

网络、互联网、因特网的基本概念

因特网发展的三个阶段

因特网的组成

1.3 三种交互方式

电路交换

分组交换

报文交换

1.4 计算机网络的定义和分类

定义：

 分类：

 1.5 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

丢包率

 1.6 计算机网络的体系结构

常见的计算机网络体系结构

OSI七层体系结构

TCP/IP的四层体系结构

五层协议的原理体系结构

分层的必要性

专用术语

实体

协议

服务

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1.1 计算机网络在信息时代的作用   

计算机网络已由一种通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施。 计算机网络已经像水、电、煤气这些基础设施一样，成为我们生活中不可或缺的一部分。

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1.2 因特网概述

网络、互联网、因特网的基本概念

• 网络(Network)由若干结点(Node)和连接这些结点的链路(Link)组成。
• 多个网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网)。
• 因特网(Internet)是世界上最大的互连网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计)。

因特网发展的三个阶段

• 从单个网络ARPANET向互联网发展
• 逐步建成三级结构的因特网
• 逐步形成了多层ISP结构的因特网

因特网的组成

边缘部分

由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）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。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。

1.3 三种交互方式

电路交换

- 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换;

- 从通信资源的分配角度来看，交换（Switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源;

- 电路交换的三个步骤：

        1. 建立链接（分配通信资源）

        2. 通话 （一直占用通信资源）

        3. 释放链接 （归还通信资源）

优点

        1)通信时延小

        2)有序传轴

        3)没有冲突

        4)适用范国广

        5)实时性强

        6)控制简单

缺点 

        1)建立连接时间长

        2)线路独占。使用效率低

        3)灵活性差

        4)难以规格化

分组交换

优点

        1)无需建立连接

        2)线路利用率高

        3)简化了存储管理

        4)加速传输

        5)减少出错概率和重发数据量

缺点

        1)引起了转发时延

        2)需要传输额外的信息量

        3)对于数据报服务，存在失序、丢失或重复分组的问题;对于虚电路服务,存在呼叫建立、 数据传输和虚电路释放二个过程

报文交换

优点 

        1)无需建立连接

        2)动态分配线路

        3)提高线路可靠性

        4)提高线路利用率

        5)提供多目标服务

缺点

        1)引起了转发时延

        2)需要较大存储缓存空间         

        3)需要传输额外的信息量

1.4 计算机网络的定义和分类

定义：

没有精确统一的定义

简单定义:互连、自治、计算机集合 不同阶段定义不同。

反映当时的网培技术发展水平

 分类：

• 按交换技术

电路交换网
分组交换网
报文交换网
 

• 按使用者

公用网
专用网
 

• 按传输介质

有线网
无线网
 

• 按覆盖范围

广域网WAN
城域网MAN
局域网LAN
个域网PAN
 

• 按拓扑结构

总线型网络
星型网络
环型网络
网状型网络
 

 1.5 计算机网络的性能指标

速率

        比特：

B = 2^3b
KB = 2^3b * 2^3 = 2^6b
MB = 2^3b * 2^6 = 2^9b
GB = 2^3b * 2^9 = 2^12b
 

        速率：

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率,也称为比特率或数据率
基本单位:bit/s(b/s. bps)常用单位:
kb/s = 10^3 b/s
Mb/s = K Kb/s = 10^6 b/s
Gb/s = k Mb/s = 10^9 b/s,
Tb/s = k Gb/s = 10^12 b/s
 

带宽

用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某—点到另一个点所能通过的“最高数据率"。 单位: b/s(kb/s.Mb/s,Gb/s,Tb/s)

吞吐量

吞吐虽表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。 吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测虽，以便知道实际上到底由多少数据虽能够通过网络。 吞吐是受网络的带宽或额定速率的限制。

时延

• 发送时延

分组长度(b)/发送速率(b/s)
发送速率= min[网卡发送速率,信道带宽，交换机或路由器的接口速率]
 

• 传播时延

信道长度(m)/电磁波传播速率(m/s)电磁波传摇速率:
自由空间:3*10^8 m/s
铜线电缆:2.3* 10^8 m/s
光纤电缆:2.0* 10^8 m/s
 

• 处理时延

  一般不方便计算

时延带宽积

传摇时延和带宽的乘积
若发送端连续发送数据，则在所发送的第—个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特。
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

往返时间RTT

通信双方交互一次所需的时间

利用率

信道利用率用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的〔有数据通过)
网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均。
根据排队论，当某信道的利用率增大时,该信道引起的时延也会迅速增大。因此，信道利用率并非越高越好。
也不能使信道利用率太低,这会使宝贵的通信资源被白白浪费。
 

丢包率

丢包率即分组丢失率,是指在一定的时间范围内,传输过程中丢失的分组数虽与总分组数量的比率。
丢包率具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等。
分组丢失主要有两种情况:
分组在传输过程中出现误码,
被结点丢弃;
分组到达一台队列已满的分组交换时被丢弃，再通信量大的时候会造成网路阻塞。
 

 1.6 计算机网络的体系结构

常见的计算机网络体系结构

• OSI七层体系结构

  • 物理层
  • 数据链路层
  • 网络层
  • 运输层
  • 会话层
  • 表示层
  • 应用层

• TCP/IP的四层体系结构

  • 网络接口层
  • 网际层
  • 运输层
  • 应用层

• 五层协议的原理体系结构

  • 物理层
  • 数据链路层
  • 网络层
  • 运输层
  • 应用层

 

分层的必要性

-计算机网络是个非常复杂的系统
-"分层"可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题
-以五层原理体系结构为例,说明分层的必要性
    物理层解决使用何种信号来传输比特的问题。
    数据链路层解决分组在一个网络(或一段链路）上传输的问题。
    网络层解i决分组在多个网络间传输(路由)的问题。
    运输层解决进程之间基于网络的通信问题。
    应用层解决应用进程间的交互来实现特定网络应用的问题。
 
 

专用术语

• 实体

实体是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程，
对等实体是指通信双方相同层次中的实体。
 

• 协议

控制俩个对等实体进行逻辑通信的规则的集合
协议三要数
 - 语法 定义所交换信息的格式
 - 语义 定义收发双方所要完成的操作
 - 同步 定义收发双方的时序关系

• 服务

  • 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
  • 协议是“水平的”，服务是“垂直的”。
  • 实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是"透明"的。
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