计算机网络（第一章）——概述

1 网络、互连网(互联网)和因特网

• 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（或互连网因此，互联网是“网络的网络(Netwrok of Networks) "。
• 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)。
  ?

internet与lnternet的区别
internet(互联网或互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。
lnternet(因特网)则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

2.因特网发展的三个阶段

3.因特网服务提供者ISP(lnternet Service Provider)

因为因特网上的主机都必须有IP地址才能进行通信，这样就可以通过ISP接入因特网

基于ISP的三层结构的因特网

3 因特网的标准化工作

1.因特网的标准化工作对因特网的发展起到了非常重要的作用。

2.因特网在制定其标准上的一个很大的特点是面向公众。

• 因特网所有的RFC(Request For Comments)技术文档都可从因特网上免费下载;(http://www.ietf.org/rfc.html)
• 任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的意见或建议。

3.因特网协会lSOC是一个国际性组织，它负责对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。

• 因特网体系结构委员会IAB，负责管理因特网有关协议的开发;
• 因特网工程部IETF，负责研究中短期工程问题，主要针对协议的开发和标准化;
• 因特网研究部IRTF，从事理论方面的研究和开发一些需要长期考虑的问题。

制订因特网的正式标准要经过以下4个阶段:

1. 因特网草案(在这个阶段还不是RFC文档)
2. 建议标准(从这个阶段开始就成为RFC文档)
3. 草案标准
4. 因特网标准

值得注意的是，并非所有的RFC文档都是因特网标准，只有一小部分RFC文档最后才变成因特网标准。

4.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)。

1.3三种交换方式

电路交换、分组交换、报文交换

电路交换(Circuit Switching)

• 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. 建立连接(分配通信资源)
2. 通话（一直占用通信资源)
3. 释放连接（归还通信资源)

当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的。例如，当用户正在输入和编辑一份待传输的文件时，用户所占用的通信资源暂时未被利用，该通信资源也不能被其他用户利用，宝贵的通信资源被白白浪费了。

因此计算机网络通常采用分组交换，而不是电路交换。

分组交换

路由器负责将各种网络互连起来，并对接收到的分组进行转发，也就是分组交换。

发送方：构造分组、发送分组

路由器：缓存分组、转发分组（简称为分组转发）

接受方：接受分组、还原报文

报文交换

主要用于早期的电报通信网，现在较少使用。通常被较先进的分组交换方式所取代。

电路交换、报文交换、分组交换的对比

?计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并未统一
计算机网络的最简单的定义是:一些互相连接的、自治的计算机的集合。

• 互连︰是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信;
• 自治︰是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用；
• 集合：是指至少需要两台计算机;

?以下这种就不是计算机网络。因为终端机只是拥有I/O设备的终端，并不是自治的计算机。（运算由大型机完成，只是一个运行分时系统的大型机系统）

计算机网络的较好的定义是:计算机网络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)。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。

• 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。
• 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用(包括今后可能出现的各种应用)。
  ?

计算机网络的分类

其中当按覆盖范围分类时：?

其中，广域网WAN的覆盖范围通常为几十公里到几千公里，可以覆盖一个国家、地区、甚至横跨几个洲，因而有时也称为远程网。广域网是因特网的核心部分，其任务是为核心路由器提供远距离（例如，跨越不同的国家的）高速连接，互连分布在不同区域的城域网和局域网。

城域网MAN的覆盖范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离为5至50公里。城域网通常作为城市骨干网，互连大量企业、机构和校园局域网。逅九年。城域网已开始成为现代城市的信息服务基础设施，为大量用户提供接入和各种信息服务，并有趋势将传统的电信服务、有线电视服务和互联网服务融为一体。

局域网LAN一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连,速率通常在10Mbit/s以上，但地理上则局限在较小的范围内，如一个实验室，一幢楼或一个校园内，距离一般在1公里左右。局域网通常由某个单位单独拥有、使用和维护。一个学校或企业大都拥有许多个互连的局域网,这样的网络常称为校园网或企业网。

个域网PAN是个人局域网络的简称，不是用来连接普通计算机的而是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备，如鼠标键盘用无线技术连接起来的网络，因此也常成为无线个人区域网WPAN，其覆盖范围为10米。
需要注意的是，若中央处理机之间的距离非常近，例如仅1米的数量级甚至更小，则一般就称之为多处理机系统。而不称它为计算机网络。

总线型网络

总线型网络使用单根传输线把计算机连接起来。

优点:建网容易、增减结点方便、节省线路。缺点：重负载时通信效率不高。总线任意一处出现故障，则全网瘫痪。

星型网络

星型网络是将每个计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备早期是计算机，后来是集线器现在一般是交换机或路由器。

优点：这种网络拓扑便于网络的集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备。缺点是成本高，中央设备对故障敏感。

环形网络

环型网络是将所有计算机的网络接口连接成一个环，最典型的例子是令牌环局域网。环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的。

网状型网络

一般情况下，每个结点至少由两条路径与其他结点相连，多用在广域网中。其优点是可靠性高。缺点是控制复杂、线路成本高。

需要注意的是，以上四种基本的网络拓扑还可以互连为更复杂的网络。

1.5计算机网络的性能指标

性能指标可以从不同的方面来度量计算机网络的性能。常用的计算机网络的性能指标有以下8个:
速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率。

（注意比特和速率的换算）

处理时延的说明：网络中的数据流量是动态变化的，因此路由器的繁忙程度也是动态变化的。另外，各种路由器的软硬件性能也可能有所不同，因此很难用一个公式计算出处理时延。（这里将排队时延合并到处理时延，有些考题中会忽略处理时延）

这里假定电磁波在光纤中传输。通过以上两个例子可以看出，构成网络时延的发送时延，传播时延以及处理时延，在处理时延忽略不计的情况下，我们不能想当然地认为发送时延占主导或传播时延占主导，而是具体问题具体分析。

小结：

时延带宽积中的时延是传播时延

?小结：

1.6计算机网络体系结构

1. 常见的计算机网络体系结构
2. 计算机网络体系结构分层的必要性
3. 计算机网络体系结构分层思想举例
4. 计算机网络体系结构中的专用术语

IP的中文意思是网际协议，因此TCP/IP体系结构的网络层常称为网际层

2.计算机网络体系结构分层的必要性

计算机网络是个非常复杂的系统。早在最初的ARPANET设计时就提出了分层的设计理念。
"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。
下面，我们按照由简单到复杂的顺序，来看看实现计算机网络要面临哪些主要的问题，以及如何将这些问题划分到相应的层次，层层处理。

因此，原理体系结构各层有不同要解决的问题?

3 计算机网络体系结构分层思想举例（暂时略）

4计算机网络体系结构中的专用术语

计算机网络体系结构中的专用术语：实体、协议、服务

实体 任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等实体 收发双方相同层次中的实体。

协议

协议控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。

协议的三要素：语法、语义、同步

• 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

• ?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。

服务访问点? 在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。

• 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。
• 网络层的服务访问点为lP数据报首部中的“协议字段”。
• 运输层的服务访问点为“端口号”。

服务原语? ? ?上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

• 协议数据单元PDU 对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。
• 服务数据单元SDU 同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。
• 多个SDU可以合成为一个PDU;一个SDU也可划分为几个PDU。
  ?

小结

复习题：

答案是B

?路由器：网络层、数据链路层、物理层。交换机：数据链路层、物理层。集线器：物理层。

?

习题课

则总时延为所有分组的发送时延加上信号在这一段链路上的传播时延。
因此，

注意这里的条件（分组等长，各链路长度相同、带宽也相同，忽略路由器的处理时延）

?

?

?

（本节完）