计算机网络

计算机网络第一章内容梳理，涵盖计算机网络在信息时代中的作用、互联网概述、互联网的组成、计算机网络在我国的发展、计算机网络的类别等等，希望对大家有所帮助~

计算机网络第一章

1. 计算机网络在信息时代中的作用

常用网络

电信网络

向用户提供电话、电报及传真等服务

有线网络

向用户传送各种电视节目

计算机网络

使用户能够在计算机之间传送数据文件

互联网

特点

连通性

互联网使上网用户之间，不管相距多远，都可以非常便捷，非常经济地交换各种信息，好像这些用户终端都彼此直接连通一样。

共享性

即资源共享，eg. 信息共享、软共享、硬件共享

互联网+

仅在局部范围互联祁连的计算机网络

互连网

把互联网的创新成果深度融合与经济社会各领域之中，大大提升了实体经济的创新力和生产力

2. 互联网概述

网络中的网络

计算机网络

由若干接点和连接这些结点的链路组成

网络中的节点可以是计算机、集线器、交换器或路由器等

互联网（网络的网络）

由多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络

主机

网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过一些路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机。

互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段

单个网络ARPANET向互连网发展的过程

第二阶段

建成了三级结构的互联网

主干网

地区网

校园网／企业网

第三阶段

逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网

互联网服务提供者ISP

根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP数目的不同

主干ISP

地区ISP

本地ISP

给用户提供直接的服务（这些用户也称为端用户，强调是末端的用户）

互联网交换点ISP

主要作用

允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要在通过第三个网络来转发分组

典型的ISP

由一个或多个网络交换机组成，许多ISP再连接到这些网络交换机的相关端口上

＂上网＂

（通过某 ISP获得的IP地址）接入互联网

＂网络的网络＂

现在的互联网已经不是某个单个组织所拥有的而是全世界无数大大小小的ISP所共拥有的

互联网的标准化工作

互联网体系结构委员会IAB

互联网工程部IETF

互联网研究部IRTF

制定互联网的正式标准

互联网草案

有效期6个月，现阶段还不算RFC文档

建议标准

该阶段为RFC文档

互联网标准

STDxxxx

3. 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。这些主机称为端系统

网络边缘的端系统之间的通信方式

客户－服务器方式( c/s方式)

客户和服务器都是指通信所涉及的两个应用进程。

主要特征

客戶是服务请求方，服务器是服务提供方

客户程序

被用户调研后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。

不需要特殊的硬件和复杂的操作系统

服务器程序

是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个运地或本地客户的请求。

系统启动后即一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。

一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。

对等方式( P2P方式)

指两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求了和哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件( P2P软件)，它们就可以进行平等的对等连接通信。

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。

路由器

是实现分组交换的关键部件，其任务是转发收到的分组。

电路交换

重要特点

在通信的全部时间内，通信的两个用户始终占用端到端的通信资源。

线路的传输效率往往很低

数据传输

整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

流程

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）

报文交换

数据传送

整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。

分组交换

主要特点

数据传送

单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。

采用存储转发技术，将一个报文划分为几个分组后再进行传送。其中发送的整块数据称为一个报文。

分组=“包”+“包头”

主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。

路由器则用来转发分组，即进行分组交换。

优点

高效

在分组传输的过程中动态分配传输宽带，对通信链路逐段占用。

灵活

为每一个分组独立地选择最合适的转发路由

迅速

以分组作为传送单位，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

4. 计算机网络在我国的发展

5. 计算机网络的类别

计算机网络的定义

几种不同类别的计算机网络

按照网络的作用范围进行分类

广域网

城域网

局域网/校园网/企业网

个人区域网/无线个人区域网WPAN

按照网络的使用者进行分类

公用网

专用网

6. 计算机网络的性能

计算机网络的性能指标

速率/数据率/比特率

数据的传送速率

单位：bit/s

网络上的速率往往是指额定速率或标称速率

带宽

指某个信号具有的频带宽度（频域）

单位：赫兹（Hz）

在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力，即网络带宽表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”（时域）

吞吐量

表示在单位时间内通过某个网络的实际数据量。

时延/延迟/迟延

指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间

发送时延/传输时延（机器内部）

主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起到帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

计算公式

发送时延=数据帧长度/发送速率

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能减少数据的发送时延。

数据的发送速率的单位是每秒发送多少个比特，这是指在某个点或接口上的发送速率。

传播时延（机械外部）

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

计算公式

传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

电磁波的传播速率

自由空间：3* 10^ 5 km/s

铜线电缆：2.3X 10 ^ 5 km/s

光杆：2.0x10^5km/s

传播速率的单位是每秒传播多少公里，是指在一段传输线路上比特的传播速率。

处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。

排队时延

排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量

总时延=发送时延+传播时延+ 处理时延+排队时延

一般小时延的网络要优于大时延的网络

时延带宽积

时延带宽积= 传播时延*带宽

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

计算机网络的非性能特征

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

7. 计算机网络体系结构

协议与划分层次

网络协议/协议

语法

语义

同步

结构是层次式的

例：主机1与主机2之间通过一个通信网络传送文件

建立文件传送模块，传送文件及文件传送命令

建立一个通信服务模块，用来保证文件和文件传送命令可靠地在两个系统之间交换

构造一个网络接入模块，让这个模块负责做网络接入细节有关的工作，并向上提供服务，使上面的通信服务模块能够完成可靠通信的任务

优点

各层之间是独立的

灵活性好

结构上可分开

易于实现和维护

能促成标准化工作

差错控制

使相应层次对等方的通信更加可靠

流量控制

发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快

分段和重装

发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接受端再进行还原

复用和分用

发送端的几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用

连接建立和释放

交换数据先建立一条逻辑连接，数据传送后释放连接

具有五层协议的体系结构

5、应用层

服务

通过应用进程间的交互来完成特定网络应用

协议定义

应用进程间通信和交互的规则

交互的数据单元

报文

4、运输层

服务

负责向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务

并不针对某个特定网络应用，而是多种应用可以使用同一个运输层服务

复用和分用

复用

多个应用进程同时进行多个进程的服务

分用

运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程

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，其数据单位是报文段

用户数据报协议UDP

提供无连接的尽最大努力的数据传输服务（不保证传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据段

3、网络层

互联网是由大量的异构网络通过路由器相互连接起来的

服务

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务

发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报协议封装成分组或包进行传送

任务

通过一定的算法，在互联网中的每一个路由器上生成一个用来转发分组的转发表

每一个路由器在接收到一个分组时，依据转发中指明的路径把分组转发到下一个路由器

2、数据链路层

简称

链路层

服务

在相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据组装成帧，在两个相邻节点的链路上传送帧。

1、物理层

单位

比特

数据在各层之间的传递过程

TCP/IP的体系结构

浮动主题

第二章 物理层

1. 物理层的基本概念

作用：只考虑如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，尽可能屏蔽掉来自传输媒体和通信手段之间的差异

主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性

机械特性：指明接口所用接线器材的严格标准化规定

电气特性：指明接口电缆各线条上出现的电压范围

功能特性：指明某一电平的电压意义

过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2. 数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

数据通信系统的划分

源系统

源点（源站、信源）

传输系统

目的系统

接收器和终点（或目的站、信宿）

数据通信的目的

传送消息

话音、文字、图像、视频等都是消息。

数据是运送消息的实体

信号 是数据的电器或电磁的表现

低频的数字信号不具备在信道中传输的能力

有关信道的几个基本概念

信号的划分

根据信号中代表消息的参数取值方式不同

模拟信号（连续信号）

数字信号（离散信号）

根据双方信息交互的方式

单向通信（单工通信）

双向交替通信（半双工通信）

双向同时通信（全双工通信）

对基带信号进行调制，以使其可在信道频带内传输

1、基带（数字）调制即编码，转换为另一种形式的数字信号

2、带通（模拟）调制：将基带频率单位搬移到较高的频段

基本的带通调制方法

调幅

调频

调相

复杂的调制方法

正交振幅调制

信道的极限容量

限制码元在信道上的传输速率因素

信道所能通过的频率范围（带宽）

信噪比（噪声的相对影响）

香农公式：信道的极限信息传输速率C=W*log（1+S/N）

提高数据在信道上的传输速率

可以更好的使用传输媒体，或使用先进的调制技术

数据传输速率不可能被任意地提高

3. 物理层下的传输媒体

导引型传输媒体

双绞线、同轴电缆、光缆（看材质、传输宽带、抗干扰能力、价格、传输速率等方面）

非导引型传输媒体

自由空间（包括卫星通信、微波通信、红外通信）

4. 信道复用技术

频分复用、时分复用和统计时分复用

FDM：将信道宽带划分为多个小频带，用户期间将一直占用它

TDM：将TDM帧划分为一段段等长的时分复用帧，用户器件占用了整个信道带宽

STDM：避免了因用户空闲导致TDM的信道利用率采用了异步的TDM，直到将一个帧数据填满就发送出去

复用器和分用器，重点在于共享信道

波分复用

WDM概念：即光的频分复用，是用一根光纤同时传输多个频率接近的光载波信号

命名由来：由于光纤通信的频率太高，人们习惯使用波长来描述光载波，故称为波分复用

认识：密集波分复用技术、光复用器、光分用器

码分复用

TD概念：利用扩频的方式，将一个比特扩展到多个比特上的方式，提高速率

5. 数字传输系统

6. 宽带接入技术

此处仅讨论有限宽带技术

ADSL技术

概念：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造

不对称数字的由来：通常下行链路所需要的带宽远大于上行链路需要的带宽，导致下行链路的分配的频带更宽，因此不对称，采用的数字技术

ADSL的方案：采用离散多音调DMT调制技术+自适应调制技术

组成部分：数字用户接入复用器DSLAM，ADSL调制解调器，电话分离器

好处：基于已有的电话线进行改造，不用重新铺设线路

基于：现有的电话线

光纤同轴混合网

概念：在有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网

方案：将原有的有线电视的前端的主干部分该换为光纤，在光纤结点处光信号被转换为电信号，在通过同轴电缆进行传输电信号到用户

光纤同轴混合的由来：由于同轴线缆的前端部分被替换为光线后，混合存在

基于：有线电视

FTTX技术

概念：指光纤连接到x处，例如home,desktop 等，x处代表进行光信号转换为电信号的地方

组成：光配线网ODN，光线路终端OLT，光网络终端ONU

位置：分别处于局端，中部，用户端

无源光网络类型：EPON、GPON

FTTx 示例：FTTC\FTTZ\FTTB\FTTO\FTTD 分别表示不同区域

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