呵呵哒学习笔记：《计算机网络》第一部分概述

ゝ一纸荒年。 2023-07-04 14:06 26阅读 0赞

**第一部分****概述**

## （1）网络发展阶段的划分 ##

计算机网络发展的四个阶段：第一代计算机网络---远程终端联机阶段；第二代计算机网络---计算机网络阶段；第三代计算机网络---计算机网络互联阶段；第四代计算机网络---国际互联网与信息高速公路阶段。

①第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成了初级的计算机网络模型。此阶段网络应用主要目的是提供网络通信、保障网络连通。这个阶段的网络严格说来仍然是多用户系统的变种。

②第二阶段：在计算机通信网络的基础上，实现了网络体系结构与协议完整的计算机网络。此阶段网络应用的主要目的是：提供网络通信、保障网络连通，网络数据共享和网络硬件设备共享。这个阶段的里程碑是美国国防部的ARPAnet网络。

③第三阶段：计算机解决了计算机联网与互连标准化的问题，提出了符合计算机网络国际标准的“开放式系统互连参考模型（OSI RM）”，从而极大地促进了计算机网络技术的发展。此阶段网络应用已经发展到为企业提供信息共享服务的信息服务时代。

④第四阶段：计算机网络向互连、高速、智能化和全球化发展，并且迅速得到普及，实现了全球化的广泛应用。代表作是Internet。

## **（2）计算机网络的定义与分类** ##

计算机网络是以能够相互共享资源的方式互连起来的自治计算机系统的集合。

网络建立的主要目的是实现计算机资源共享；

**计算机网络的分类**

①按网络传输技术进行分类：广播式网络，点对点式网络

②按网络的作用范围进行分类：局域网（LAN）广域网（WAN）城域网（MAN）个域网（PAN）

③按网络的交换功能进行分类：电路交换，分组交换，报文交换，混合交换

④按网络的使用者进行交换：专用网，公用网

**知识拓展：**

采用分组存储转发与路由选择机制是点对点式网络与广播式网络的重要区别。

电路交换必定是面向连接的，电路交换的三个阶段：建立阶段，通信，释放

**电路交换的特点**：

①电路交换是传统的电信网所使用的交换技术。

②两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。

③但若要将5 部电话机两两相连，需 10 对电线。

④N 部电话机两两相连，需 N(N – 1)/2对电线。

这种必须经过建立连接→通信→释放连接的联网方式称为面向连接的(connection-oriented)。

电路交换必定是面向连接的。但面向连接的却不一定是电路交换。

**电路交换的缺点：**

①不够灵活：只要在通信双方建立的通路中的任何一点

出了故障，就会中断通话，必须重新拨号建立新的连

接。

②效率低：计算机数据具有很大的突发性，会导致网络

资源严重浪费。

③另外，采用电路交换，不同速率的终端和计算机之间

很难互相通信。

**分组交换的特点：**

①分组交换的特征是基于标记（label-based)。

②不先建立连接而随时可发送数据的联网方式称为无连接（connectionless）式。

③分组交换还可以使用面向连接方式。因此面向连接的网络不一定就是电路交换的网络。

**分组交换的优点：**

①高效：动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

②灵活：以分组为传送单位，为每个分组独立选择转发路由。

③迅速：不必先建立连接就能向其他主机发送分组；网络使用高速链路。

④可靠：完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网使网络有很好的生存性。

**三种交换报文的比较**

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 项目 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 电路交换 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 报文交换 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 分组交换 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 数据传输单位 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 整个报文 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 分段报文 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 分组 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 链路建立与拆除 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 需要 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 不需要 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 不需要 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 路由选择 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 链路建立时候进行 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 每个报文进行 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 每个分组进行 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 链路故障影响 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 无法继续传输 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 无影响 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 无影响 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 传输迟延 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.5pt;"> 需要一定的链路建立时间，但数据传输延迟最短 </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 不需链路建立，但存储转发因排队会造成延迟，数据传输慢 &nbsp; </td> 
 <td style="vertical-align:top;width:106.55pt;"> 不需链路建立，但存储转发排队会造成延迟，数据传输比报文传输快 &nbsp; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

**因特网的组成**

从因特网的工作方式上看，可以划分为以下两个大块,边缘部分，核心部分

两种通信方式：**客户-服务器方式（C/S方式） 对等方式（P2P方式**）

路由器是实现分组交换的重要构件。

路由器

①在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线。

②路由器处理分组的过程是：把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；查找转发表，找出到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

接入网AN（Access NetWork）又称为本地接入网或者居民接入网

## （3）计算机网络的组成及性能； ##

计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质、应用软件

计算机网络由资源子网、通信子网、协议三部分组成。

资源子网:由若干个主机组成,它们向各个用户提供服务;

通信子网:由一些专用的节点交换机和连接这些节点的通信链路组成;

一系列的协议:这些协议是为在主机之间或主机和子网之间的通信而使用的。

**计算机网络的性能：**

① 速率

比特：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。

速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等

速率往往是指额定速率或标称速率。

②带宽

“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。

更常用的带宽单位是

千比每秒，即 kb/s （103 b/s）

兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）

吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）

太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）

请注意：在计算机界，K = 210 = 1024

M = 220, G = 230, T = 240。

数字信号流随时间的变化

在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。

③吞吐量

吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

④时延

发送时延：发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。

也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

![20200211172112273.png][]

传播时延：电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

![20200211172140942.png][]

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。

排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

重点：总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+处理时延

![20200211172203242.png][]

**容易产生错误的概念**

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速 率。

提高链路带宽减小了数据的发送时延。

⑤时延带宽积

![20200211172253460.png][]

时延带宽积=传播时延\*带宽

链路的时延带宽积又称为比特为单位的链路长度。

⑥利用率

信道利用率：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。

网络利用率：网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

信道利用率并非越高越好。

**时延与网络利用率的关系**

问题：若令 D 表示网络当前的时延，D0 表示网络空闲时的时延，U 是网络的利用率，U的数值在 0 到 1 之间，求当前网络时延D？

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：

![20200211172321197.png][]

网络当前时延D与网络利用率U的关系图

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk4NzAxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

从图中可知，随着利用率U的增大，时延D也在急剧增大

减少方法：增大线路的带宽。

⑦往返时间（RTT）

在计算机网络中，往返时间也是一个重要的性能指标，它表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接受方收到数据后便立即发送确认）总共经历的时间。

## （4）网络协议的组成要素 ##

## 网络协议的组成要素：语法，语义，同步 ##

语法：数据与控制信息的结构或格式 。

语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

同步：事件实现顺序的详细说明。

## （5）知识拓展 ##

分层的好处：各层之间是独立的，灵活性好，结构上可分割开，易于实现和维护，能促进标准化工作

①具有五层协议的体系：

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

OSI是七层的体系结构：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层

②实体、协议、服务和服务访问点

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 (Service Access Point)。

③TCP/IP的体系结构

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注意：路由器在转发分组时候最高只用到网络层而没有使用运输层和应用层。

IP over Everything:IP可以应用到各式各样的网络上

Everything over IP:指在TCP/IP体系结构下，各种网络应用均是建立在IP基础之上

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTk4NzAxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

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