計算機網路PPT總結-第一章

1.1計算機網路在資訊時代的作用

網路已經已從最初的教育科研網路逐步發展成為非商業網路：社會經濟、教育、文化傳播，成為資訊社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎，

時代特征

三化：網路化、數字化、資訊化

三網合一：電信網路，有線電視網路，計算機網路

什么是互聯網？

互聯網是由數量極大的各種計算機網路互連起來而形成的網路，

互聯網的兩個重要特點

連通性：

共享性：指資源共享

1.2互聯網的概述

第一階段：從單個網路ARPANET向互聯網發展的程序

1983年，TCP/IP協議成為ARPANET上的標準協議

人們把1983年作為互聯網的誕生時間

第二階段：建立一個三級結構的互聯網

他是一個三級計算機網路，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）

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第三階段：逐漸形成多層次ISP結構的互聯網

出現了互聯網服務提供者ISP

根據提供服務的覆寫面積大小以及所擁有的IP地址數目不同，ISP也分為不同層次的ISP：主干ISP、地區ISP和本地ISP

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internet和Internet的區別

以小寫字母i開始的internet(互連網)是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網路互連而成的網路

以大寫字母I開始的Internet（互聯網或因特網）則是一個專用名詞，它指當全球最大的、開放的、由眾多網路相互連接而成的特定計算機網路，它采用TCP/IP協議族作為通信規則，且前身是美國的ARPANET，

1.3互聯網的組成

• 邊緣部分：主機（端系統）實作資源共享和網路的通信
• 核心部分：網路、路由器 實作連通性，在網路核心部分起特殊作用的是路由器，路由器實作是分組級訓的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網路核心部分最重要的功能

端系統的兩種通信方式

• 客戶-服務器方式（C/S方式），即Client/Server方式
• 對等方式（P2P方式），即Peer-to-Peer

客戶-服務器方式

客戶和服務器都是指通信中涉及的兩個應用行程

客戶-服務器方式所描述的是行程之間服務和被服務的關系

客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方，

對等連接方式

縮放都可以下載對方已經存盤在硬碟中的共享檔案

實質：資源分散在端系統

三類交換方式：

• 電路交換：N部電話機兩兩直接相連，需N(N-1)/2對電話線，與N^2成正比
• 分組交換
• 報文交換

“交換”的含義

交換的含義就是轉接——把一條電話線轉接到另一條電話線，使他們連通起來

從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源

電路交換的 特點

電路交換必定是面向連接的

電路交換分為三個階段：

• 建立連接
• 通信
• 釋放連接

電路交換的缺點

• 計算機資料具有突發性
• 通信線路的利用率很低
• 電路交換不適合計算機網路

分組交換的特點

• 分組交換則采用存盤轉發技術
• 在發送端先把較長的報文劃分為較短的、固定長度的資料段，
• 每個資料前面添加首部構成分組

路由器處理分組的程序

• 把收到的分組先放入快取（暫時存盤）
• 查找轉發表，找出到某個目的地址應從哪個埠轉發
• 把分組送到適當的埠轉發出去

主機和路由器的作用不同

主機 為用戶進行資訊處理的，并向網路發送分組，從網路接收分組

路由器 對分組進行存盤轉發，最后把分組交付給目的主機，

分組交換的優點

• 高效
• 靈活
• 迅速
• 可靠

分組交換帶來的問題

分組在各結點存盤轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延

分組攜帶的首部（里面有必不可少的控制資訊）也造成了一定的開銷

計算機網路的分類

1、按照網路的作用范圍進行分類

• 廣域網WAN
• 城域網MAN
• 局域網LAN
• 個人區域網PAN

2、按照網路的使用者進行分類

• 公用網
• 專用網

3、用來把用戶接入到互聯網的網路

• 接入網

計算機網路的性能指標

• 速率
• 帶寬
• 吞吐量
• 時延
• 時延帶寬積
• 往返時間RTT
• 利用率

速率

• 位元（bit）是計算機中資料量的單位，也是資訊論中使用的資訊量的單位
• 速率是計算機網路中最重要的一個性能指標，指的是資料的傳輸速率，它也稱為資料率或位元率
• 速率的單位是bit/s 或kbit/s
• 速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際運行速率

帶寬

兩種不同意義：

• 帶寬本來是指信號具有的頻帶寬度，其單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫）
• 在計算機網路中，帶寬用來表示網路中某通道傳送資料的能力，表示在單位時間內網路中的某信道所能通過的最高資料率，單位是bit/s，即位元每秒

在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄

吞吐量

• 吞吐量表示在單位時間內通過某個網路（或信道、介面） 的資料量
• 吞吐量更經常地用于對現實世界中網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能夠通過網路
• 吞吐量受網路的帶寬或網路的額定速率的限制

時延

• 時延是指資料（一個報文或分組，甚至位元）從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間，
• 有時也稱為延遲或遲延
• 網路中的時延由以下幾個不同的部分組成：
  • 發送時延：也稱為傳輸時延
    • 發送資料時，資料幀從結點進入到傳輸媒體所需的時間，也就是從發送資料幀的第一個位元算起，到該幀的最后一個位元發送完畢所需的時間
    • 發送時延= 資料幀長度（bit）/ 發送速率（bit/s）
  • 傳播時延
    • 電磁波在信道中需要傳播一定距離兒花費的時間
    • 發送時延與傳播時延有本質的不同
    • 信號發送速率和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念
    • 傳播時延= 信道長度（米）/ 信號在信道上的傳播速率（米/秒）
  • 處理時延：主機或路由器收到分組時，為處理分組（例如分析首部、提取資料、差錯檢驗或查找路由）所花費的時間
  • 排隊時延：分組在路由器輸入輸出佇列中排隊等待處理所經歷的時延，排隊時延的長短取決于網路中當時的通信量

時延

資料在網路中經歷的總時延就是發送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和

總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

時延帶寬積

鏈路的時延帶寬積又稱為以位元為單位的鏈路長度

時延帶寬積 = 傳播時延 * 帶寬

往返時間RTT

互聯網上的資訊不僅僅單方向傳輸，而是雙向互動的，因此，有時候需要知道雙向互動一次所需的時間

往返鍵表示從發送方發送資料開始，到發送方收到來自接收方的確認，共經歷的時間，

在互聯網中，往返時間還包括各中間結點的處理時延、排隊時延以及轉發資料時的發送時延

利用率

分為信道利用率和網路利用率

信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有資料通過），完全空閑的信道的利用率是零

信道利用率并非越高越好，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加，

衡量計算機網路的性能指標主要有：

• 速率
• 帶寬
• 吞吐量
• 時延
• 時延帶寬積

計算機網路體系結構的形成

分層的好處

• 各層之間是獨立的
• 靈活性好
• 結構上可分割開
• 易于實作和維護
• 能促進標準化作業

注意：層數要適當，層數太少，就會使每一層的協議太復雜，層數太多，又會在描述和綜合各層功能的系統工程任務時遇到較多的困難

網路協議

• 計算機網路中的資料交換必須遵守事先約定好的規則
• 這些規則明確規定了所交換的資料的格式以及有關的同步問題（同時含有時序的意思）
• 網路協議，簡稱協議，是為進行網路中的資料交換而建立的規則、標準或約定

網路協議的三個組成要素

• 語法：資料與控制資訊的結構或格式（什么格式）
• 語意：需要發出何種控制資訊，完成何種動作以及何種回應（做什么）
• 同步：時間實作順序的詳細說明（何時做）

協議和服務的不同

• 協議的實作保證了能夠向上一層提供服務
• 本層的服務用戶只能看見服務而無法看見下面的協議，即下面的協議對上面的服務用戶是透明的
• 協議是“水平的”，即協議是控制對等物體之間通信的規則
• 服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間介面提供的
• 上層使用服務原語獲得下層所提供的服務

計算機網路的體系結構

• 計算機網路的體系結構是計算機網路的各層機器協議的集合，就計算機網路及其部件所應完成的功能的精確定義
• 實作是遵循這種體系結構的前提用何種硬體或軟體完成這些功能的問題
• 體系抽象的，而實作則是具體的，是真正在運行的計算機硬體和軟體

OSI體系結構

• 應用層
• 表示層
• 會話層
• 運輸層
• 網路層
• 資料鏈路層
• 物理層

TCP/IP的體系結構

• 應用層
• 運輸層
• 網際層IP
• 網路介面層

五層協議的體系結構

• 應用層：為應用行程提供服務
• 運輸層：為主機行程通信提供服務，復用 + 分用
• 網路層：為分組交換網的不同主機提供通信服務：分組選擇合適的路由IP，路由選擇協議
• 資料鏈路層：透明地傳輸幀
• 物理層：透明地傳輸位元流

物體、協議、服務和服務訪問點

物體表示任何可發送或接收資訊的硬體或軟體行程

協議是控制兩個對等物體進行通信的規則的集合

在協議的控制下，兩個對等物體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務

要實作本層協議，還需要使用下層所提供的服務

• 應用層
• 運輸層
• 網際層IP
• 網路介面層

五層協議的體系結構

• 應用層：為應用行程提供服務
• 運輸層：為主機行程通信提供服務，復用 + 分用
• 網路層：為分組交換網的不同主機提供通信服務：分組選擇合適的路由IP，路由選擇協議
• 資料鏈路層：透明地傳輸幀
• 物理層：透明地傳輸位元流

物體、協議、服務和服務訪問點

物體表示任何可發送或接收資訊的硬體或軟體行程

協議是控制兩個對等物體進行通信的規則的集合

在協議的控制下，兩個對等物體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務

要實作本層協議，還需要使用下層所提供的服務