计算机网络复习-第一章概述

• 互联网的组成

  • 互联网的边缘部分（资源子网）

    • 含义
      • 由所有连接在互联网上的主机【信息处理】组成，这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。
    • 端系统之间通信
      • 含义
        • 主机A和主机B进行通信实际上是指：运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信
      • 两种通信方式
        • 客户-服务器方式（C/S方式）
          • 含义：客户-服务器方式所描述的是进程之间的服务和被服务的关系（双向），客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
          • 客服端特点：被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务），因此，客户程序必须知道服务器程序的地址
          • 服务端特点：一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断运行着，被动地等待并接受来自各地地客户地通信请求。因为服务器程序并不需要知道客户程序的地址。
        • 对等方式（P2P方式）
          • 含义：两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方，只要两个主机都运行了对等连接软件它们就可以进行平等的、对等连接通信。
          • 特点：从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。

  • 互联网核心部分（通信子网）

    • 含义

      • 由大量网络和连接这些网络的路由器【存储转发】组成，这部分是为边缘部分提供服务的。

    • 交换技术

      • 电路交换

        • 适用
          • 适用于传输大量数据且传送时间远大于连接建立时间
        • 特点
          • 面向连接的
        • 过程
          • 建立连接（物理链路）
          • 通信
          • 释放连接
        • 优点：数据直接传输，时延小
        • 缺点（不能很好的适应计算机网络的工作方式）
          • 计算机数据具有突发性且无规律
          • 传送计算机数据时不稳定，通信线路的利用率低

      • 报文交换

        • 适用

          • 不需要预先分配传输带宽，适用于传送突发数据

        • 特点

          • 加上首部以后封装成保温，整个报文传送到相邻结点，全部存储后再转发给下一个结点，重复这一过程直到到达目的节点。

        • 存储转发技术【路由器处理分组的过程】

          实质是采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略，这对于传送突发式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高了

          • 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）
          • 查找转发表，找出某个目的地址应从哪个端口转发
          • 把分组送到适当的端口转发出去

        • 优点

          • 较为充分的利用线路容量，可以实现不同链路之间不同数据传输速率的转换，可以实现格式转换，可以实现一对多，多对一的访问，可以实现差错控制。

        • 缺点

          • 增大了资源开销，增加了缓冲实验，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱徐，缓冲区难以管理。

      • 分组交换

        • 适用
          • 不需要预先分配传输带宽，适用于传送突发数据
        • 特点
          • 存储转发技术，在发送端先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段（每个含首部构成分组），以分组作为数据传输单元，依次被各分组发送到接收端，每个分组在互联网中独立选择传输路径
        • 优点
          • 高效：在分组传输过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用
          • 灵活：为每一个分组独立地选择最合适地转发路由
          • 迅速：以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
          • 可靠：保证可靠性的网络协议
          • 除具备报文交互网络的优点外，分组交换网络还具有自身的优点：缓冲易于管理，包的平均时延更小，网络占用的平均缓冲区更少，更易于标准化，更适合应用。
        • 缺点
          • 时延：存储转发需要排队
          • 开销：分组必须携带首部

• 互联网的标准化工作三个阶段

  • 互联网草案
  • 建议标准
  • 互联网标准

• 计算机网络、互连网、互联网的关系

  • 计算机网络
    • 由若干结点和连接这些结点的链路组成，与网络相连的计算机常称为主机
  • 互连网
    • 可以通过路由器把这些计算机网络互连起来即网络的网络
  • 互联网
    • 世界上最大、开放的、由众多网络相互连接而成的特定的计算机网络，它采用TCP/IP协议族。

• 互联网基础结构发展的三个阶段

  • 第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。
  • 第二阶段：建成了三级结构的互联网。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网、校园网。
  • 第三阶段：逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。出现了互联网服务提供者ISP。

• 计算机网络的定义和分类

  • 定义
    • 【连通性】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）
    • 【资源共享】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。
  • 分类
  • 网络作用范围
    • 广域网WAN
    • 城域网MAN
    • 局域网LAN
    • 个人区域网PAN（若中央处理机之间的距离非常近则一般称之为多处理机系统，而不称之为计算机网络）
  • 网络使用者
    • 公用网
    • 专用网
  • 接入网
    • 不属于互联网核心部分也不属于互联网边缘部分
    • 组成
      • 从某个端系统到另一个端系统的路径中，由这个端系统到的一个路由器之间的一些物理链路所组成的（桥）

• 计算机网络的性能

  • 性能指标

    • 速率speed：数据的传输速率【物理概念】

      • 单位：bit/s，单位换算是1000，bit单位换算是1024
      • 速率往往是额定速率或标称速率，非实际运行速率

    • 带宽bandwidth【逻辑概念】

      在计算机网络中带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”

      • 单位是bit/s，单位换算1000
      • 带宽提高不是马路的宽度增加，而是最高限速提高

    • speed VS bandwidth
      

    • 吞吐率throughput

      • 单位是bit/s
      • 单位时间内通过某个网络或信道接口的实际数据量【大门限制】。
      • 更经常地用于对现实世界中网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据率能够通过网络
      • 受网络的带宽或网络的额定速率的限制（往往和二者一同讨论）

    • 网速快不仅仅是单个因素的影响，一般来讲一个因素是可以提升网速，但是达到一定水平后该因素就不再是制约因素了可能是其他的因素的瓶颈。

    • 时延

      • 指数据从网络一端传送到另一端所需的时间
      • 组成
        • 发送时延
          • 数据帧长度/发送速率
        • 传播时延【路上】
          • 信道长度/信号在信道上的传播速率
        • 处理时延【中间存储转发】
        • 排队时延：在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延（往往取决于网络当时的通信量）

    • 时延带宽积

      • 公式 = 传播时延*带宽

    • 往返时间RRT

      • 从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间

    • 利用率

      • 分类
        • 信道利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的
        • 网络利用率：全网信道利用率的加权平均
      • 信道利用率并非越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加
        

  • 非性能指标

  • 费用

  • 质量

  • 标准化

  • 可靠性

  • 可扩展性和可升级性

  • 易于管理和维护

• 计算机网络体系结构

  • 形成

    • 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作，这种协调很复杂，所以单一协议很难去实现。
    • “分层”可将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
    • 国际标准化组织ISO提出著名的开发系统互连基本参考模型OSI/RM，简称OSI，是七层的模型，却失败了。
      
    • 非国际标准TCP/IP获得了最广泛的应用

  • 协议与划分层次

    • 协议

    • 划分层次

      

      • 第一类工作与传送文件直接有关
      • 两个主机将文件传送模块作为最高的一层，剩下的工作由下面的模块负责
      • 优点
        • 各层之间是独立的
        • 灵活性好
        • 结构上可分隔开
        • 易于实现和维护
        • 能促进标准化工作
      • 缺点
        • 降低效率
        • 有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外的开销
      • 各层要完成的主要功能
        • 差错控制：发送内容双方更可靠
        • 流量控制：使得发送接收速率匹配合适
        • 分段和重装：切断以后对方也能原样恢复
        • 复用和分用：发送方几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用
        • 连接建立和释放（和前面电路交换的不一样）

  • 具有五层协议的计算机网络体系结构

    • OSI七层结合TCP/IP四层的五层协议
      - 传输层和网络层都一直没有和别人合并，所以很重要很重要很重要
    • 传输过程
      • 图解
        
      • 协议数据单元PDU
        • 层次之间传送的数据单元
        • 任何两个同样的层次把数据（数据单元加控制信息）通过水平虚线直接传递给对方，这就是所谓“对等层”之间的通信，协议是水平的，服务是垂直的
        • 各层协议实际上就是再各个对等层之间传递数据时的各项规定