计算机网络--概论

计算机网络–概论

1.1 计算机网络在信息时代的作用

1.2 因特网概述

1.3 因特网的组成

1.1 计算机网络在信息时代的作用

数字化：其中把照片，声音，文字等以01，编码形式变成计算机能处理的过程叫做数字化。

信息化：交流沟通方便，QQ，wechat，淘宝购物等实现的交互功能。

网络化：其数字化跟信息化都离不开网络化（有线网络||无线网络）

   电信网络： 主要是电话--移动，电信，联通电话等
   有线电视网： 电视 目前主要是单向，以后可能实现双向，可向媒体服务提供端点播节目
   计算机网络 ：其中因特网最大的网络，特殊的政府的专用网络，军网均实现独立不跟外界连接

   通过网络我们可以实现网上订票，购物，城市服务缴费等多种便利功能。

网络的重要功能：连通性（彼此联通，交换信息），信息共享，软硬件共享

其中我们怎么理解软硬件共享呢？

    比如我们在执行远程桌面连接，那么我们就可以用另一台电脑上的软件！---软件共享
    在比如我们在远方网吧偷偷上网，这时候你接到你老师的电话让你打印作业上交。
    怎么办？那么好在你技术高超，想到家里有打印机。
    然后你在网吧就轻松完成了打印任务，并叫你老妈送去了学校。//滑稽---硬件共享

1.2 因特网概述

我们先来理解几个概念。

网络：许多计算机连接在一起。

互联网（internet）：许多网络连接在一起

因特网（Internet）：全球最大的一个互联网。

主机：与网络相连的计算机

对于网络，我觉得就是打CS，开个玩笑（反恐精英玩过吧//滑稽），就是在一个不跟外界连接的网吧里面，有好多电脑，然后通过交换机我们可以实现信息共享。请看图（当然，当交换机上的接口足够多的话，我们可以连接尽可能多的机子）

互联网：字面意思大家都能理解了，相互连接的网络嘛。主要是通过路由器将交换机相连，有多少个口就能接多少个交换机（网络）。//那个口啊，就是路由器后面插网线的那个（滑稽保命）

因特网发展的三个阶段

1.阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。

2.阶段的特点是建成了三级结构的因特网。

      1）分为主干网，地区网和校园网（||企业网）

3.阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP（Internet Service Provider 因特网服务提供者）结构的因特网。

    1）例如：中国移动，中国电信跟中国联通就是我国最有名的ISP

注：ISP可以从因特网管理机构申请到许多IP地址，同时拥有通信系统以及路由器等联网设备。然后自然是要交钱了，比如以前跟小伙伴相约打CF，总要问你家电信还是网通？！什么区啊（鹅哈哈哈哈哈），我们可以从不同的ISP获取IP地址的使用权，并可以通过该ISP接到因特网。这就实现你上网的欲望了//滑稽
当然IP地址不会零售，你不能说啊我自己买永久的一个IP地址，你以为你冲钻，买会员啊！而是一些合格的ISP有偿租借然后在下发给我们这些底层的网民。

当然根据ISP提供服务的覆盖面积以及所拥有的IP地址数目的不同，ISP也有不同的阶级档次。
1.主干ISP
2.地区ISP
3.本地ISP

主干ISP听名字就知道肯定牛掰啊，覆盖国家不成问题，其余的往下递减呗，形象点说就是省级，然后是市级（县级）。请看下图

那么只要任何级别的ISP都相互连通了，理论上来说不管怎么到达，肯定能完成所有的分组转发任务。但是你想啊，你玩游戏或者在网上下载某些片子//滑稽，卡了，或者太慢了，你受不了吧。
所以

因特网交换网（IXP） 就诞生了
作用：就是直接让两个需要交换的网络直接连接并交换分组，无需第三网络！//可见人们是多么痛恨小三

因特网的标准化工作
但凡新事物萌发发展，肯定是要制定一个标准的，不然子各发展各的，无法相互沟通互促进步。你且看我华夏帝王屡西征，夙愿一统天下后大和。天下太平都是在一个大家都有一个共识的情况下的，这样子才不会产生矛盾。
那么由此到彼，因特网也需要一个标准，有趣的是，我们指定标准的方法很有特色，是面向大众，任何人都可以发表自己的意见。//很是民主啊！
当然因特网由于发展过于迅速，范围也扩展到全球，所以1992年脱离美国，成立一个国际性组织叫做**因特网协会（Internet Society）简称 ISOC
ISOC下有一个技术组织叫做因特网体系结构委员会（IAB）**作用：管理有关因特网协议的开发
IAB下又有两个工程部：

因特网工程部IETE（Internet Engineering Task Force）

IETE是由许多WG（Working Group）组成的论坛，主要是针对协议的开发和标准

因特网研究部IRTF（Internet Research Task Force）

作用：进行理论方面的研究和探索一些长期需要考虑的问题

所有的因特网标准都是以**RFC（Reauest For Comments）**的形式在因特网上发表的。在众多的评论中，只有一些小部分才能变成因特网标准。RFC根据接受到的时间的先后顺序从小到大编号。

1.3 因特网的组成

在研究过因特网的由来后，我们自然要更深一步了解其的组成以及各部分的功能了

从因特网的工作方式上，大体可以划分为一下的两大块：

边缘部分

由所有连接在因特网上的主机组成。由用户直接使用，目的：当然是服务你，满足咱们自己的一些需求啊！

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。

话不多说，放图就懂！

那么下面我们就来详细学习下这两个部分

因特网的边缘部分

处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机，这些主机又称为端系统。
端系统小到个人的计算机或者摄像头，大到科学研究用的大型计算机。
用户自然也是多种多样的（个人，学校，企业，政府机关，ISP等）
作用自然是利用核心部分提供的服务，使得众多主机之间能够互相通信或交换共享信息

网络边缘的端系统之间的通信方式通常可以划分为两大类

客户——服务器类型

这种方式是因特网上最常用的。例如：我们在上网发送电子邮件或者在网站上查找资料。

从字面意思我们就很好理解。

偷懒一发，不总结了。课本讲的很好//滑稽

对等连接方式（peer -to- peer）简称P2P

指的是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P2P软件，就可以进行平等的，对等连接通信。还可以相互下载对方已经储存在硬盘中的共享文档，因此这种工作方式也称为P2P文件共享。

因特网的核心部分

网络核心部分是因特网中最复杂的部分，因为网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信

在网络核心部分起特殊作用的是路由器，路由器是实现分组交换的关键构件，其作用是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

为了搞清楚分组交换，我们需要了解电路交换的基本概念

电路交换的主要特点

我们知道一开始的电话，是两个话筒，然后一根线，然后的话这对话筒能够实现对讲。但是一旦数量变多，假设我们想要实现让n部电话机两两相连，从而实现相互通话，此时在采用以前的方法，需要n*(n-1)条电话线。

于是人们搞了一个交换机，就是所有的电话线一端是话筒，一端是交换机。至于交换机里面到底是怎样的，我们这里先不研究。

电话交换机的交换方式：电路交换

当电话机数量增多时，就要使用很多彼此连接起来的交换机来完成全网的交换任务。慢慢就这样子形成了覆盖全网的电信网。

那么我们举一个例子来理解下电路交换：在使用电路交换打电话时，必须先拨号请求连接，当被叫用户听到并接通时此时从主叫端到被叫端就建立了一条连接，也就是一条专用的物理通道。那么这条线连接占用了双方通话所需要占用的通信资源，并在通话期间不会被其他用户占用。知道挂断电话，交换机才释放刚才使用的这条专用的物理通路。

这种必须通过“建立连接（占用通信资源）”------->通话（一直占用通信资源）------>释放连接（归还通信资源）这三个步骤的交换方式称为电路交换

分组交换的主要特点

分组交换采用存储转发技术。那么首先我们先要理解几个概念。

报文：通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。
分组：在发送报文之前，先把较长的报文划分为一个个更小的等长数据段，每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部，然后就构成了一个分组。又称为包，分组首部又称为包头。

其中位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机。作用却不甚相同。

**主机：**是用来为用户进行信息处理的。或者与其他主机通过网络交换信息。
**路由器：**是用来转发分组的，即进行分组交换。

那么我们归纳下三种交换方式在数据传送阶段的主要特点：

更形象的用图像来说明的话就是：

1.4 计算机网络在我国的发展

先补充一下广域网与局域网两者的区分

两者范围不一样。局域网就是在固定的一个地理区域内由2台以上的电脑用网线和其他网络设备搭建而成的一个封闭的计算机组，范围在几千米以内；百广域网是一种地域跨度非常大的网络集合，范围在几十公里到度几千公里。
两者的IP地址设置不一样。局域网里面，必须在网络上有一个唯一的IP地址，这个IP地址是唯一的，在另外一个局域网，这个IP地址仍然能够使用。回广域网上的每一台电脑（或其他网络设备）都有一个或多个广域网IP地址，而且不能重复。
两者连接的方式不一样。局域网是靠交换机来进行连接的，而广域网则是靠路由器将多个局域网进行连接。

那么我这里简单介绍下计算机网络在我国的发展。

一开始是铁道部建设的专用计算机广域网。
随后一些公安，银行，军队等部门也建设了自己的专用计算机广域网。
与之同期，国内许多单位相继安装了大量的局域网。
1994.4.20号我国以64kb/s的专线正式连接因特网并被国际承认。
同年五月，我国设立了我国第一个万维网服务器。

1.5 计算机网络的类别

计算机网络的定义：一些相互连接的，自治的计算机的集合。

计算机网络的类别：

按网络的作用范围进行分类
1）广域网WAN（Wide Area Network）
2）城域网MAN（Metropolitan Area Network）
3）局域网LAN（Local Area Network）
4）个人区域网 PAN（Personal Area Network）
按照网络使用者进行分类
1）公用网（public network）
2）专用网（private network）
用来把用户接入到因特网的网络
1）接入网AN (Access Network)
又称为本地接入网跟居民接入网
接入网是从某个端系统到另一个端系统的路径中，由这个端系统到第一个路由器（边缘路由器）之间的一些物理链路组成。

1.6 计算机网络的性能

分析互联网的性能主要从两个方面，性能方面跟非性能方面

计算机网络的性能指标

1）速率：数据传输速率是指网络每秒能传输的字节或者比特的数量
2）带宽：带宽指的是信道传输数据的能力，也就是最大传输速率
3）吞吐量：单位时间通过某个网络(接口)的数据量
4）时延：指的是数据（一个报文或者分组，甚至一个比特）从网络（链路）一段传送到另一端所需的时间。
- 发送时延：是指主机或者路由器发送数据帧所需要的时间。公式为：数据帧长度/发送速率
- 传播时延：是指电磁波在信道中传播一定距离所需要花费的时间。公式为：信道长度/电磁波在信道中的传播速率
- 处理时延：主机或者路由器收到分组时要花费一定时间处理
- 排队时延：分组在经过网络传播时，经过许多路由器。分组进入路由器后要现在输入队列中等待处理。在路由器确定好转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就是排队时延。排队时延往往取决于当前的通信量。过大时会导致发生队列溢出，使分组丢失。
- 总时延 == 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
  5）时延带宽积：传播时延 * 宽带
  
  6）往返时间 RTT：表示从发送方开始发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确定。
  7）利用率
- 信道利用率：某信道有百分之多少的时间是被利用的（有数据通过）
- 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。

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。

提高数据的发送速率只是减小了数据的发送延迟。

信道或网络利用率过高会产生非常大的延迟。

计算机网络的非性能特性

1）费用：网络设计跟实现的费用
2）质量：构件的质量
3）标准化：硬件跟软件设计遵循的国际标准。
4）可靠新：是否可靠
5）可扩展性和可升级性：构造网络时就要思考以后的扩展和升级
6）易于管理和维护：算是售后吧

1.7 计算机网络的体系结构

我们先来思考一个实例，假设连接在网络上的两台计算机要相互传送文件。

那么首先这两台计算机之间必须有一条传送数据的通路。
其次发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活，就是发出一些指令，保证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接收
我们要告诉网络如何识别接收数据的计算机
发起方必须查明对方计算机是否已经关机，并是否跟网络连接正常
发起通信的计算机中的应用程序必须搞清楚对方计算机中的文件管理是否做好接受文件跟存储文件的准备工作。
若计算机文件格式不兼容，则至少其中的一台计算机应完成格式转换功能
对于各种差错和意外事故，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够接收到正确的文件

由此可见，相互通信的计算机系统必须高度协调工作才行。

为了设计这样复杂的计算机网络，最初设计提出了分层，将大变小。
之后就有不同的公司推出自己不同的体系结构，但是为了实现不同网络体系结构的用户能够相互交换信息。

开放系统互连基本参考模型 OSI/RM（Open Systems Interconnection Reference Model） 诞生了。

主要遵循OSI标准，一个系统就可以实现跟位于世界上任何地方，也遵循这一标准的系统进行通信。

最后覆盖全球的因特网并没有使用OSI标准，OSI失败了。（原因感兴趣可百度）

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