计算机网络 第一章 计算机网络体系结构

一、计算机网络体系结构

1.1计算机网络概述

网络： 网络由若干节点加上链路组成，其实准确来说，对于网络还应该加上协议。其中所谓的节点可以是计算机、路由器、集线器或是路由器，链路是节点之间的连接线路，可以是无线也可以是有线。

这就是网络，当使用路由器之后，我们就可以将多个网络连接在一起形成所谓的互连网，也就是网络的网络。

同时需要注意以下两个名词的表达，小写的internet和大小的Internet，小写的就是泛指多个计算机网络相互连接成为计算机网络，而大写的表示为当经全球最大的特定的计算机网络，采用TCP/IP协议族作为通信协议。

1.2计算机网络的功能

计算机网有五大功能，分别是进行①数据通信，这是计算机网络最基本也是最重要的功能，②资源共享，既可以是软件共享，又可以是硬件共享，数据共享。③提高可靠性 ④分布式系统 ⑤均衡负载

1.3计算机网络的性能指标

• 速率：就是在数字信道上传输数据的速率，bit/s，Kb/s，Mb/s等。
• 带宽：其实是从频率上来说的，是指能通过信道的一个频率范围，其实也就是最高的传输速率，因为频率就是正负即01的跳变速度，跳变速度越快，传输的速率也就越快。
• 时延：信息从发送端到达目的主机需要消耗时间，被消耗的时间称为发送时延
  • 传输时延（发送时延）
  • 传播时延
  • 处理时延
• 吞吐量：单位时间内通过某接口或信道的数据量。
• 时延带宽积：使用传播时延乘上数据传输率。
• 往返时延：从源主机到目的主机在，目的主机再回复确认，确认信息回到源主机的时间。
• 信道利用率：信道利用率是指信道有百分之多少的时间有数据通过。

1.4计算机网络的分类

• 从传输介质分 有线网和无线网
• 从作用范围分
  • WAM 广域网
  • MAN 城域网
  • LAN 局域网
  • PAN 个人区域网
• 从拓扑结构分 星型、总线型、环型、网状型
• 从传输技术分 广播式和点对点式
• 从使用者角度分 专用网和公用网

1.5电路交换、分组交换和报文交换

①电路交换

电路交换是最典型的传统电话网，电路交换被分为三个步骤，建立连接，数据传输，释放连接。

双方在进行通话时，首先要建立红色线路的连接，建立好连接之后，双方就可以开始通信了，在通信过程中，独占整个连接的通信线路，不被任何其他用户打扰，直到双方通信结束，释放连接。

🚀 优点：

• 通信时延小 因为通信线路双方使用专用，数据直达，所以通信的时延是非常小的，我们打电话就是，实时性非常高，独占整个通信线路。
• 有序传输 独占整个通信线路，数据直接通过线路完成且有序的到达
• 没有冲突 独占整个通信线路，不会出现数据冲突
• 实时性强
• 控制简单
• 使用范围广 既可以用于传输模拟信号，又可以传输数字信号

🚀 缺点：

• 建立连接时间长 双方进行通信前，必须先建立连接。
• 线路利用路低 连接建立后，通信线路被独占，即使双发不传输数据，其他设备也使用不了通信线路。
• 灵活性差 物理通路中，任意一点出现故障就需要重新建立连接。
• 难以规格化 不同类型，不同规格，不同速率的设备之间难以相互通信。
• 难以实现差错检测

②报文交换

报文交换基于存储转化技术来实现的，源主机将想要发送的数据报直接发送到相应的路由器上，经过路由器的分组转发，最后到达目的主机。

🚀 优点：

• 无需建立连接 用户可以随时发送数据
• 线路可靠性高 主机之间有一个节点坏了，可以通过其他的线路将数据送达目的主机。
• 线路利用率高 不独占整个通信线路
• 动态分配线路
• 提供多目标服务

🚀 缺点：

• 转发时延高
• 缓存开销大
• 错误处理抵消

③分组交换

分组交换是基于存储转化技术来实现的，H6用户像将数据发送给H2用户，H6用户要发送的信息会首先进行分组

将要发送的数据报分组成为一个一个的小分组，并为每个分组添加上相应的首部信息，然后再将其依次发送到对应网络的路由器上，然后经过不同的路由器分组转发，就可以到达主机H2。

思考一个问题，为什么要加上首部信息，其实不难知道，其首部信息一定是包含该数据报的源主机信息和目的主机的信息，这样路由器再接受到数据后就应该知道这个数据该转发的下一个位置。所以在路由器接收到要发送的信息，根据数据段首部信息就知道该转发给谁了。

被分的数据段会依次到达目的主机H2，需要注意的是，由于数据包可能走过的路径，即经过的路由器也会不同，所以就会导致接受的数据是一个无序的状态，所以目的主机在接收到所有的信息之后，还应根据数据段的首部信息还原出原始的数据顺序。

🚀 优点：

• 无建立时延 双方的通信过程不需要提前建立连接，就支持突发式传送，用户可以随时的发送数据。
• 线路利用率高 不独占线路进行传输，使用完之后可以立马被其他的用户数使用
• 加速传输 一个数据被分成多个数据段传输，多个数据段同时传输，可以达到流水线式的效果。
• 简化了存储管理 数据被分成多个数据段，存储装发中的缓冲大小就可以不用太大
• 减小了出错概率和重发的数据量 数据被分成多个数据段，一旦传送的数据出错，只需要传送出错部分的数据段。

🚀 缺点：

• 存在存储转化时延
• 有额外的传输信息 首部信息

对于这三种信息的传输方式，我们应该理解三者之间的差异以及相应的优缺点。

二、计算机网络体系结构参考模型

计算机网络体系结构参考模型有三种，其中一个是OSI参考模型，它也叫做开放系统互连参考模型，该模型也是国际标准，但是现在最常用的是TCP/IP参考模型，而我们在教学中，为了教学方便使用的是五层体系结构的参考模型。

2.1OSI参考模型

OSI参考模型将计算机网络体系结构描述成了7层，具体如下。

2.2TCP/IP参考模型

TCP/IP参考模型将计算机网络分为了四层，具体如下。

2.3五层网络体系结构

五层网络体系结构就是将TCP/IP参考模型的网络接口层具体又分为了数据链路层和物理层。