计算机网络概述

计算机网络的产生和发展；计算机网络的定义、分类、组成和使用；计算机网络的拓扑结构；网络交换技术、Internet接入方式、计算机网络的性能

计算机网络概述

• 计算机网络的产生和发展
  • 面向终端的计算机网络
    • 系统响应时间长、单机系统可靠性低。计 算机发生故障将导致整个网络系统瘫痪
  • 分组交换网
    • 特点
      • 资源子网
        • 主机终端、外部设备、网络协议及网络软件。负责收集、存储和处理信息，为用户提供网络服务和资源共享功能
      • 通信子网
        • 通信线路(传输介质)、网络连接设备(如通信控制处理器)、网络协议和通信控制软件。把网络中各站点互相连接起来的数据通信系统
      • 将分散的计算机互联，是以资源子网为中心的计算机网络。逻辑功能上可分为资源子网和通信子网
    • 优点
      • 分散又统一，系统性能大大提高；单一主机的负载可分散到全网的机器，使得网络系统响应速度加快。单机故障不会导致网络全面瘫痪
    • 缺点
      • 没有标准，混乱
  • 标准化的计算机网络
    • OSI七层结构
    • TCP/IP四层结构
  • Internet
    • 特点
      • 出现了局域网，光纤及高速网络、智能网络。整个网络是一个对用户透明的计算机系统
  • SDN、NFV及未来网络
    • SDN
      • 将网络设备控制面玉数据面分离开来
    • NFV
      • 使用通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多功能的软件处理，是网络设备不再依赖专用设备
• 计算机网络的定义、分类、组成及功能
  • 定义
    • 简单定义：一些互连的、自治的计算机的集合
    • 利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统
  • 功能
    • 数据通信
      • 计算机与终端、计算机与计算机、计算机与服务器之间的数据传输
    • 资源共享
      • 软件资源
      • 硬件资源
      • 数据
    • 负载均衡与分布式处理
      • 通过算法将大型的综合性问题交给网络中不同的计算机处理
    • 提高可靠性
      • 网络中的每台计算机可通过网络互相称为后备机。一旦某台计算机出现故障，其任务可由其他计算机代为完成
    • 综合信息服务
      • 在一套系统上提供集成的信息服务
  • 组成
    • 逻辑角度
      • 通信子网
      • 资源子网
    • 软硬件角度
      • 网络硬件
        • 服务器、工作站
          • 服务器
            • 为多个客户端提供各种服务的计算机
            • 分类
              • 文件服务器
              • 打印服务器
              • 域名服务器
              • 数据库服务器
          • 工作站\客户端
            • 执行应用程序来完成各自的工作
        • 网络终端
        • 通信处理机
        • 传输介质
        • 信息交换设备
      • 网络软件
        • 网络操作系统
          • Unix
          • NetWare
          • windows NT
        • 网络协议软件
          • 用于实现网络协议功能的软件
        • 网络管理软件
          • 对网络资源进行管理和维护的软件
        • 网络通信软件
          • 实现网络中各种设备通信的软件
        • 网络应用软件
          • 为网络用户提供不同服务的软件
  • 分类
    • 按交换技术
      • 电路交换网络
      • 报文交换网络
      • 分组交换网络
      • 综合业务数字交换
    • 按使用者
      • 公用网
      • 专用网
    • 按传输介质
      • 有线网络
      • 无线网络
    • 按覆盖范围
      • 体域网
      • 个域网PAN
        • 利用短距离、低功率无线传输技术，使便携式消费电器和通信设备之间进行短距离通信的网络、一般在10米半径以内
      • 局域网LAN
        • 将较小地理区域内的计算机或数据终端连接在一起
      • 城域网MAN
        • 范围一般在几千米至几万米
      • 广域网WAN
      • 星际互联网
    • 按拓扑结构
      • 总线型网络
      • 星型网络
      • 环型网络
      • 树型网络
      • 网状型网络
• 计算机网络的拓扑结构
  • 总线型网络
    • 优点
      • 结构简单、布线容易、可靠性高、易于扩充，节点故障不会殃及系统、在局域网中最常见
    • 缺点
      • 出现故障后诊断困难，出错节点的排查困难，节点不易过多。传输数据较慢，总线利用率不高。同一时间只有一个节点能发送信息
  • 星型网络
    • 优点
      • 结构简单、便于维护和管理，节点或线缆出现问题不会影响其他节点
    • 缺点
      • 通信线路专用，电缆成本高；中心节点故障会导致网络的瘫痪
  • 环型(令牌环网)网络
    • 优点
      • 结构简单、控制简便、结构对称性好、传输速率高
    • 缺点
      • 任意节点故障会导致网络瘫痪，节点故障检测困难，节点接入和撤出复杂，节点过多影响传输效率
  • 树型网络
    • 优点
      • 成本低、结构简单、维护方便、扩充节点方便
    • 缺点
      • 电缆成本高、资源共享能力差、可靠性低，根节点故障导致全网瘫痪
  • 网状型网络
    • 优点
      • 可靠性高，节点故障无影响
    • 缺点
      • 电缆成本高、结构复杂，不易管理和维护
  • 混合拓扑型网络
  • 蜂窝型结构
    • 无线局域网常用
• 网络交换技术
  • 电路交换网络
    • 定义
      • 通话前交换设备在双方建立一条专用电路，并且通话期间独占这条电路
    • 三个阶段
      • 电路建立阶段
      • 数据传输阶段
      • 电路释放阶段
    • 优点
      • 实时信好、时延低，几乎固定不变、双方按发送顺序传送数据，不存在失序，适用模拟和数字信号传输
    • 缺点
      • 电路利用率低、建立时间长、没有差错控制措施，不利于可靠性高的数据业务传送
  • 报文交换网络
    • 定义
      • 又称信息交换，以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等，在交换结点采用存储转发的传输方式
    • 优点
      • 不需要专用的通信线路，不必等对方空闲，可随时发送。电路利用率高、可速率和代码转换，同一报文可转发至多个收信站点
    • 缺点
      • 报文没有长度限制，要求交换机有较大的缓冲区、需要存储转发，时延较大，不确定，实时性差、只适用于数字信号传输，不适合实时交互通信(语音通信)
  • 分组交换网络
    • 定义
      • 报文分割为数据分组(数据包)，数百至数千比特，将分组加上地址和控制信息送往分组交换机
    • 优点
      • 速度快、简化存储管理、较少出错几率和重发数据量、适用于优先级策略，便于及时发送紧急数据
    • 缺点
      • 有时延、需要结点交换机有更强处理能力、每组有附加信息，增大了信息量和处理时间，降低了通信效率、可能失序，丢失或重复分组、目的结点需对组排序
  • 综合业务数字交换
• Internet接入方式
  • 电信网络
    • PSTN
      • 费用低，一条可以连接ISP的电话线和账号就行，速度低，最高56Kbps，线路可靠性差
      • 上网就不能打电话
    • DDN
      • 利用数字通道提供半永久性连接电路，以传输信号为主的数字传输网络
      • 同时打电话和上网
    • ISDN
      • 采用数字传输和数字交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理
    • ADSL
      • 非对称数字用户线路，通过电话线提供宽带数据业务的技术
  • 计算机网络
    • 局域网接入，利用以太网技术，采用光缆+双绞线的方式对社区进行综合布线
  • 有线电视网络
    • 利用有线电视网，需Cable Modem(线缆调制解调器)
• 计算机网络的性能
  • 速率
    • 比特率或数据率，bps*10^12=Kb/s*10^9=Mb/s*10^6=Gb/s*10^3=Tb/s
  • 带宽
    • 模拟信号系统
      • 信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围，Hz、KHz、MHz、GHz。eg:带宽3.1KHz(300Hz~3.4KHz)
    • 计算机网络
      • 通信线路所能传送数据的能力，表示单位时间内从一点到另一点所能通过的“最高数据率”，bps、Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s
  • 吞吐量
    • 单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量，受网络的带宽或额定频率的限制
  • 时延
    • 发送时延
      • 分组长度(b)/发送速率(b/s)
    • 排队时延
    • 传播时延
      • 信道长度(m)/电磁波传播速率(m/s)
      • 自由空间：3*10^8m/s 铜线：2.3*10^8m/s 光纤：2*10^8m/s
    • 处理时延
  • 时延带宽积
    • 又称以比特为单位的链路长度，是传播时延与带宽的乘积，若发送端连续发送数据，则在第一个比特即将到达终点是，发送端就已发送了时延带宽积个比特
  • 往返时间
  • 利用率
    • 信道利用率
    • 网络利用率
    • 网络当前时延=网络空闲时间/(1-信道利用率)
  • 丢包率
    • 定义
      • 一定时间内，丢失的分组数量与总愤怒数量的比率
    • 分组丢失
      • 传输过程中出现误码，被结点丢失
      • 分组到达已满的分组交换机是被丢弃，在通信量较大时可能造成网络拥塞
    • 网络拥塞情况
      • 无拥塞路径丢包率0%
      • 轻度拥塞路径丢包率1%-4%
      • 严重拥塞路径丢包率5%-15%
    • 类型
      • 接口丢包率
      • 结点丢包率
      • 链路丢包率
      • 路径丢包率
      • 网络丢包率