计算机网络——概述

本章重点

互联网的组成：边缘部分和核心部分及其作用；

计算机网络的性能指标（数值计算）；

计算机网络的体系结构（协议和服务的概念）。 

 1.1计算机网络在信息时代中的作用

 三化：数字化、网络化和信息化（是一个以网络为核心的信息时代）

网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。-->三网融合

计算机网络是由若干节点（计算机）和连接这些节点的链路（“线路”）组成。

互联网是由多个网络通过路由器连接起来的的网络的网络，覆盖范围较大。-->特点是联通性、共享性

（因特网（音译）当今世界上“最大”的互联网）

Tips:互联网≠互连网 (互连网局部范围互连起来的计算机网络)

1.2互联网的组成

从互联网的工作方式上看，可以划分为以下的两大块：

(1) 边缘部分

         由所有连接在互联网上的主机组成。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。

        通信方式：C/S 客户/服务器；P2P 对等方式

(2) 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

        路由器的任务是：转发收到的分组

1.3信息交换技术

 电路交换：电信网络采用的信息交换方式，由交换机实现。-->面向连接

分组交换：路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。（1.分组打包，，2.独立传输，3.拆包、重组）（首部还有地址）

-->优点：高效、灵活、迅速、可靠

-->问题：①分组在存储转发要排队，造成时延；②首部造成了开销

报文交换：传统的电报系统采用的交换方式。

1.4计算机网络的类别 

 不同作用范围的网络

广域网 WAN (Wide Area Network)

高速链路，长距离：几十到几千公里

城域网 MAN (Metropolitan Area Network)

城市内部：5-50公里 局域网

LAN (Local Area Network)

学校、企业、若干台计算机互联

个人区域网 PAN (Personal Area Network)

以个人为中心，无线通信互联，几十米内

从网络的使用者进行分类

公用网 (public network) ：

一般是由电信公司组建

专用网 (private network) ：

一般是由企事业单位组建

把用户接入到互联网的网络-->接入网AN

 1.5计算机网络的性能

 1.速率（单位是 b/s）-->发送端到信道   =数据量（Bit）/ 发送时间(s)

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。

定义：单位时间内（每秒）传输（发送）信息（二进制位数）的量。是指额定速率或标称速率，非实际运行速率

2.带宽（单位是 b/s）  -->信道  =数据长度（bit）/ 传输时间（s）

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语

 带宽一般用于描述信道的特性，表示信道最大的信息传输能力。

3.吞吐量 （单位是 b/s）-->整个 =处理长度 / 所用时间

单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

吞吐量=min{带宽，速率}

4.时延 

是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间

①发送时延（传输）

 ②传播时延

③处理时延

交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。

④排队时延

取决于网络中当时的通信量。

⑤总时延

总时延=发送+传播+处理+排队

（一个处理机的转发时间=分组长度（biit）/ 数据率（bit/s））

5.时延带宽积（bit）  =传播时延*带宽

以比特为单位的链路长度。

在信道（链路）上的信息量（比特数）

6. 往返时延RTT

从发送第一个数据比特开始到收到最后一个确认比特为止所需时间。

7.利用率 

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。（信道利用率并非越高越好）

=占用时间/总时间

网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

7.时延与网络利用率的关系

令

D0 表示网络空闲时的时延，

D 表示网络当前的时延，

 U是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。 当U趋于1时，D趋于无穷。

则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系：

  取50%~75%

1.6计算机网络的体系结构

相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。

网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

ISO的OSI体系结构具有七层：

应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。

TCP/IP 是四层的体系结构：

应用层、运输层、网际层和网络接口层。

折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 。

应用层(application layer)

运输层(transport layer) --TCP

网络层(network layer) --IP

数据链路层(data link layer)

物理层(physical layer)

实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。

要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。

下面的协议对上面的服务用户是透明的。

协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。

服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (ServiceAccessPoint)。