计算机网络1.概述

2023-10-08 11:14:46

计算机网络的定义及其特点

计算机网络的定义

三大网络：电信网络有线电视网络计算机网络（三网融合）

发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。

计算机网络定义：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。

计算机网络的特点

连通性共享

互联网概述

互联网概念

定义：互联网，特指 Internet，它起源于美国，是由数量极大的各种计算机网络互连起来而形成的一个互连网络。它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则，是一个覆盖全球、实现全球范围内连通性和资源共享的计算机网络。

以小写字母 “i” 开始的 internet（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。

以大写字母 “I” 开始的的 Internet（互联网或因特网）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，且其前身是美国的 ARPANET。

互联网基础结构发展的三个阶段

从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。
- 1983 年，TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。
- 人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。
- 1990年，ARPANET 正式宣布关闭。
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、地区网和校园网（或企业网）。
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 (Internet Service Provider)。
- 任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。
- 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP和本地 ISP。

互联网的标准化工作

所有互联网标准都以 RFC 的形式在互联网上发表。

互联网的组成

互联网的边缘部分

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。

c/s模式 p2p模式

互联网的核心部分

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）。
路由器分组转发是网络核心部分最重要的功能。互联网的核心部分采用了分组交换技术
典型交换技术包括：

电路交换  ：建立连接，通信，释放连接（面向连接的）
分组交换  ：存储转发
报文交换  : 用的少

计算机网络在我国的发展

1980 年，铁道部开始进行计算机联网实验。
1989 年 11 月，我国第一个公用分组交换网 CNPAC 建成运行。
1994 年 4 月 20 日，我国用 64 kbit/s 专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。
1994 年 5 月，中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。
1994 年 9 月，中国公用计算机互联网 CHINANET 正式启动。

计算机网络的类别

按照网络的作用范围进行分类
- 广域网 WAN (Wide Area Network)：作用范围通常为几十到几千公里。
- 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)：作用距离约为 5~50 公里。
- 局域网 LAN (Local Area Network) ：局限在较小的范围（如 1 公里左右）。
- 个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：范围很小，大约在 10 米左右。
- 若*处理机之间的距离非常近（如仅 1 米的数量级甚至更小些），则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络
按照网络的使用者进行分类
- 公用网 (public network)
  按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。
- 专用网 (private network)
  为特殊业务工作的需要而建造的网络。
用来把用户接入到互联网的网络
- 接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。
- 接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。
- 接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。
- 接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。
- 从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网。
- 从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用

计算机网络的性能

性能特征

速率: 往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。
带宽: 在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s
吞吐量： 在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
时延： 数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
时延带宽积： 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
往返时延（RTT）： 双向交互一次所需的时间
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。
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；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。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。

D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延,U代表网络利用率

D=D0/(1-U)

非性能特征

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

计算机网络的体系结构

协议

协议： 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。（文字描述或代码描述）

三大要素：

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。

分层优点

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。

分层缺点

降低效率。
有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。

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。
现在的互联网使用的 TCP/IP 体系结构有时已经发生了演变，即某些应用程序可以直接使用 IP 层，或甚至直接使用最下面的网络接口层。

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