计算机网络第一章绪论

本章思维导图是关于究极详细的计算机网络概述之计算机网络第一张绪论的内容，欢迎参考，希望你能有所收获。

计算机网络第一章 绪论

• 作用
  • 21世纪特征
    • 信息化
    • 网络化
    • 数字化
  • 网络分类
    • 电信网络
    • 有线电视网络
    • 计算机网络
  • 互联网特点
    • 连通性
    • 共享
• 互联网概述
  • 网络的网络
    • 计算机网络
      • 由若干节点和连接节点的链路组成
      • 节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等
    • 互联网
      • 有多个计算机网络通过一些路由器相互连接起来构成覆盖范围更大的计算机网络
      • 称为网络的网络
    • 主机
      • 与网络相连的计算机通常称为主机，但路由器不能称为主机
    • 基本概念
      • 网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过路由器连接在一起， 与网络相连的计算机通常称为主机
  • 互联网基础结构发展的三个阶段
    • 第一阶段
      • 从单个网络ARPANET向互联网发展的过程
      • 1983年作为互联网的诞生时间
      • internet和Internet区分
        • internet泛指用多个计算机组成的网络，通信规则可以任意选择
        • Internet指全球的通用互联网，采用TCP/IP协议作为通信规则
    • 第二阶段
      • 建立了三级结构的互联网
        • 主干网
        • 地区网
        • 校园网/企业网
      • 转为私人经营
    • 第三阶段
      • 全球范围内的多层次ISP结构的互联网
      • 商用互联网服务提供商ISP
        • 例如中国电信、中国移动、中国联通
        • IP地址管理机构将IP整块的租借给合格的ISP
        • 根据提供服务的覆盖面积大小及所拥有的IP地址数目不同
          • 主干ISP
          • 地区ISP
          • 本地ISP
      • 互联网交换点IXP
        • 作用：允许两个网络直接相连并且交换分组
        • IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机，这些网络交换机通常用局域网互联
  • 互联网的标准化工作
    • 一些概念
      • ISOC---互联网协会
      • IAB---互联网体系结构委员会
      • IETF---互联网工程部
      • IRTF---互联网研究部
      • RFC---请求评论文档
    • 制定互联网标准阶段
      • 1，互联网草案
        • 有效期6个月，不算RFC文档
      • 2，建议标准
        • 成为RFC文档
      • 3，互联网标准
        • 经过长期检验，可以成为标准时，会分配一个标准编号，记为STDxxx
        • 可以与多个RFC文档关联
• 互联网的组成
  • 总概
    • 边缘部分
      • 所有连接在互联网上的主机组成
      • 用户直接使用
    • 核心部分
      • 由大量网络和连接网络的路由器组成
      • 为边缘部分提供服务
  • 互联网边缘部分
    • 指连接在互联网上的所有主机
    • 端系统
      • 指这些主机
      • 较大的称为服务器
      • A和B主机通信指的是A的某个进程和B的某个进程进行通信
    • 通信方式
      • 客户-服务器方式
        • 客户程序
          • 被用户调用后，在通信时主动发起通信，必须要知道服务器地址
          • 不需要特殊的硬件和复杂的操作系统
        • 服务器程序
          • 一种专门提供服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户请求
          • 系统启动后一直运行，被动等待来自各地的客户通信请求， 不需要知道客户程序的地址
          • 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持
      • 对等连接方式（P2P）
        • 两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务器和用户，可以进行平等的对等连接通信
  • 互联网核心部分
    • 特殊作用：路由器
      • 任务是转发收到的分组
    • 电路交换的主要特点
      • 交换
        • 按照某种方式动态分配传输路线的资源
      • 专用物理通路
        • 从主叫端到被叫端建立了一条连接
      • 电路交换流程
        • 建立连接——通话——释放连接
      • 特点：
        • 在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用从端到端的通信资源
    • 分组交换特点
      • 采用存储转发技术
        • 报文
          • 指要发送的数据
        • 分组又称为“包”，首部又称为“包头”
        • 将较长的报文分为更小的等长的数据段， 每个数据段前面加上必要的控制信息组成的首部， 即构成了一个分组
      • 在互联网核心和边缘 的计算机的不同点
        • 在边缘部分为主机，为用户处理信息
        • 在核心为路由器，用来转发分组
      • 将单个网络简化为链路，路由器简化为节点
      • 优点
        • 高效
          • 对通信链逐段占用
        • 灵活
          • 为每一个分组独立选择最合适的转发路由
        • 迅速
          • 以分组作为传输单位，不先建立连接就能向其他主机发送分组
        • 可靠
          • 保证可靠性网络协议；分布时多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性
      • 问题
        • 时延
          • 分组在各个路由器存储转发时要排队
        • 无法确保通信时端对端所需的带宽
        • 额外开销
          • 分组必须携带的控制信息
    • 三种交换方式特点
      • 电路交换
        • 整个报文比特流连续从源点直达终点
        • 特点
          • 若连续传大量数据，且传送时间远大于建立时间，则电路交换比较快
      • 报文交换
        • 整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来找到转发表，转发到下一个节点
        • 特点
          • 不需要预先分配带宽
          • 传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率
      • 分组交换
        • 单个分组传送到相邻节点，存储下来找转发表，转发到下一个节点
        • 特点
          • 不需要预先分配带宽
          • 传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率
          • 时延小，有更好的灵活性
• 计算机网络在我国发展
  • 1996年张朝阳-搜狐网站
  • 1997年丁磊-网易公司
  • 1998年王志东-新浪网站，同年，张志东、马化腾创立腾讯公司
  • 1999年马云创立阿里巴巴网站
  • 2000年李彦宏和徐勇创立百度
  • 2011年腾讯推出手机即时通信软件-微信
• 计算机网络的类别
  • 计算机网络的定义
    • 精确定义并未统一
    • 较好的定义为：
      • 计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互联而成，这些硬件并非专门用来实现某一特定目的
      • 这些可编程硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并且能支持广泛和日益增长的应用。
  • 几种不同类别的计算机网络
    • 按网络作用范围分类
      • 广域网WAN
        • 作用范围为10~1k千里
      • 城域网MAN
        • 作用范围一般为一个城市
      • 局域网LAN
        • 范围约为1km左右，为校园网或企业网
      • 个人局域网PAN
        • 个人电子设备用无线技术连接起来的网络
        • 也称无线个人局域网WPAN
    • 按网络的使用者分类
      • 公用网
        • 指公司出资建造的大型网络，指按电信公司规定缴纳费用的人都可以使用的网络
      • 专用网
        • 为某个部门或单位的特殊业务工作需要而造的网络，不为外人服务
    • 用来把用户接入到互联网的网络
      • 即接入网AN，又称本地接入网或居民接入网
• 计算机网络的性能
  • 计算机网络的性能指标
    • 速率
      • 一般称为比特率---bit/s
    • 带宽
      • 意义
        • 1，指信号具有的频带宽度，单位是Hz
        • 2，某信道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的实际数据量
      • 接入到互联网的主机实际吞吐量，取决于互联网的具体情况
    • 时延
      • 指数据从一端传输到另一端所需时间
      • 组成
        • 发送时延
          • 主机或路由器发送数据帧所需时间，也称传输时延
          • 发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
        • 传播时延
          • 指电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间
          • 传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道传播速率（m/s）
        • 处理时延
          • 主机或路由器在收到分组时要花费一定时间处理
        • 排队时延
          • 分组经过路由器后要在输入队列中排队等待处理，在确定转发接口后要在输出队列等待转发
          • 取决于网络实时通信量
      • 总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
    • 时延带宽积
      • 传播时延和带宽相乘，即得到很有用的度量：时延带宽积
      • 时延带宽积=带宽x传播时延
      • 表明发送端连续发送数据，在第一个比特到达接收端时，发送端已经发送的比特数
      • 又称以比特为单位的链路长度
    • 往返时间RTT
      • 互联网信息是双向的时候，需要知道双向交互一次所需时间
      • 有效数据率=数据长度/(发送时间+RTT)
    • 利用率
      • 分类
        • 信道利用率
          • 指某信道有百分之几的时间是被利用的
        • 网络利用率
          • 全网络的信道利用率的加权平均值
      • 利用率并非越高越好，当信道利用率增加时，所产生的时延会增加。
      • 网络利用率为U，网络空闲时时延为D0，当前时延D=D0/(1-U)
      • 信道利用率和网络利用率过高时会产生非常大的时延
  • 计算机网络的非性能指标
    • 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
• 计算机网络体系结构
  • 体系结构的形成
    • 1974年美国IBM公司提出系统网络体系结构SNA
    • 国际标准化组织ISO提出ISO 7498标准，即7层协议的体系结构
    • 但最终TCP/IP称为事实上的国际标准
    • 使得很多公司加入标准化组织，表明新标准的出现，有一定的市场背景
  • 协议与划分层次
    • 规则规定了所交换的数据格式以及有关的同步问题
    • 网络协议
      • 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
      • 三要素
        • 语法
          • 数据与控制信息的结构或格式
        • 语义
          • 要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种相应
        • 同步
          • 事件实现顺序的详细说明
    • 分层的优点
      • 各层独立，问题复杂度下降
      • 灵活性好，易于协议的更迭
      • 结构上可分隔开
      • 易于实现和维护
      • 能促进标准化工作
        • 差错控制
        • 流量控制
        • 分段和重装
        • 复用和分用
        • 连接建立和释放
    • 计算机网络的各层协议的集合就是网络的体系结构
  • 具有五层协议的体系结构
    • 5层结构
      • 应用层
        • 体系结构的最高层
        • 任务是通过应用进程的交互来完成特定网络应用
        • 定义是应用进程间的通信和交互规则
      • 运输层
        • 任务是两台主机中进程间的通信提供通用的数据传输服务
        • 主要使用两种协议
          • 传输控制协议TCP
            • 提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输单位是报文段
          • 用户数据报协议UDP
            • 提供无连接的数据传输服务，不保证数据传输的可靠性， 数据传输单位是用户数据包
      • 网络层
        • 任务是负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
          • 1，通过一定算法在互联网的每个路由器上生成一个用来转发分组的转发表
          • 2，在路由器接收到分组时，依照转发表指明路径转发到下一个路由器
        • 由于使用IP协议，因此分组也称IP数据报
        • 注意：无论在那一层传输的数据单元，都可笼统的用分组表示
      • 数据链路层
        • 在两个相邻节点传输数据，数据链路层将网络层交下的IP数据报组装成帧，在相邻节点之间的链路上送帧
        • 每帧包括必要的控制信息和数据
      • 物理层
        • 在物理层所传输数据为比特，发1得1，发0得0
    • 互联网协议中，使用最多的是TCP/IP协议族，而非单个的协议
    • 协议数据单元PDU
      • 每层的 对等层次之间传送的数据单位
      • 把数据通过水平虚线直接传递给对方，就是所谓“对等层”之间通信
      • 总体可用“协议栈”形象化描述
  • 实体、协议、服务和服务访问点
    • 实体
      • 一个特定的软件模块
    • 协议
      • 控制两个实体或多个实体进行通信的规则集合
    • 服务
      • 在协议控制下，两对等实体间通信使得本层能够向上一层提供服务
      • 要实现本层协议，还需要下一层所提供的服务
      • 使用本层服务的实体只能看见服务不能看见下一层的协议
      • 形象化来说，协议是水平的，服务是垂直的
    • 服务访问点SAP
      • 在同一系统中相邻两层实体进行交互的地方
      • OSI把层与层之间交换数据的单位称为服务数据单元SDU
      • SDU可以和PDU不一样
    • 服务用户
      • 在服务提供者上一层的实体
  • TCP/IP的体系结构
    • 应用层
    • 运输层
    • 网际层
    • 链路层（网络接口层）