计算机网络概述

21世纪的重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是以网络为核心的信息时代。要实现信息化就必须依靠完善的网络，因为网络可以非常迅速地传递信息。

*****计算机网络在信息时代的作用

   计算机网络：是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。（连接分散计算机设备以实现信息传递的系统）。

   计算机网络最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。“自治”的概念是独立的计算机，有自己的软硬件，可以单独运行使用。“互相连接”指计算机之间可以进行数据通信或交换信息。

   计算机网络和电信有线电视网络一样，都是一种通信基础设施。计算机网络最大的不同在于计算机网络的端设备是功能强大且具有智能的计算机。

   计算机网络向用户提供的最重要的两个功能是：（1）连通性（使用户之间都可以交换信息）   （2）共享（资源共享，包括信息、软件、硬件）。

   三网：电信网络（电话，电报，传真），有线电视网络（电视节目），计算机网络（迅速传递数据文件）。

   网络融合：电信网络和电视网络都能够连接到计算机网络上、逐渐融入计算机网络中。

   因特网使世界上最大的计算机网络，是人类自印刷术发明以来在通信方面最大的变革。

   计算机网络的负面影响：病毒（破坏数据传送和交换），网络犯罪，传播不良信息，有的青少年沉迷网络游戏等。

*****因特网概述

  网络：网络由结点（node）和链路（link）组成。结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器。

  互连网：网络的网络。网络和网络可以由路由器互连起来形成互联网（或互连网）。因特网是最大的互连网。

  主机：把连接在因特网上的计算机(不是指我们平时用的电脑)称为主机，但是不能说，主机就是计算机。

  Internet（因特网）：当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP／IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

  网络把许多计算机连接在一起，而因特网把许多网络连接在一起。

****因特网的组成

因特网的拓扑结构非常复杂，但从其工作方式上可以分成两大块：

（1）边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。

（2）核心部分：有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（提供连通性和交换）。

一、边缘部分：

  1.主机又称为端系统（注意平时我们所说的主机特指电脑主机）。端系统在功能上可能有很大差别，小的端系统可以是一台普通pc和具有上网功能的手机，甚至是一个很小的网络摄像头，而大的端系统可以是一台非常复杂和昂贵的大型计算机。

  2.边缘部分利用核心部分所提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。（注意我们所说的主机通信其实是应用进程间的通信）。

  3.端系统的通信方式有两大类：客户（client）-服务器（server）方式C-S和对等方式P2P。

  4. C-S方式。

     客户程序：服务请求方。（1）在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务），必须知道服务器程序的地址。（2）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

     服务器程序：（1）一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。（2）系统重启后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。（3）一般需要强大的硬件和高级的操作系统。

  5. P2P方式： 只要两个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。对等方式在本质上看仍然是使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。

二、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。

路由器（分组交换）：在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用计算机（但不是主机）。路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。路由器是用来转发分组的，即进行分组交换的。

路由器工作步骤：路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。就这样一步一步地（有时会经过几十个不同的路由器）（？？？？？？不是距离大于16就失效了吗？？？？？）以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机。

电路交换：专用的物理通路，经过“建立连接---通话---释放连接”。

分组交换：采用存储转发技术。整块数据称为报文，将报文划分为一个个更小的等长数据段，每个数据段前加上必要的控制信息后称为分组，分组又称为包，分组首部可称为包头。（路由器暂时存储的是一个个短分组，而不是整个的长报文。短分组是暂时存储在路由器的存储器（即内存）中而不是磁盘中的，这就保证了较高的交换速率）（往往把单个网络简化成一条链路，而路由器成为核心部分的结点）。分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源，分组在哪一段链路上传送时，才占用这段链路的通信资源。

采用存储转发的分组交换，实质上采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输宽带的策略。这对传送突发式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高了。为了提高分组交换网的可靠性，因特网的核心部分采用网状拓扑结构，不致于在发生网络拥塞或少数结点发生故障时造成通信中断或全网瘫痪。

分组交换的两个问题：（1）存储转发时需要排队，造成一定的时延。（2）控制信息造成一定的开销。

报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

*****计算机网络的分类

1.按网络的作用范围可分为：WAN（广域网），MAN（城域网），LAN（局域网），PAN（个人区域网），WPAN（无线个人区域网）。

2.按网络的使用者可分为：公用网，专用网。

3.用来把用户接入因特网的网络：接入网AN（Access Network），又称为本地接入网或居民接入网。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（也称为边缘路由器）之间的一些物理链路所组成。因特网发展初期，用户多用电话线拨号接入因特网，速率很低，因此当时没有接入网这一概念。直到最近，出现了多种宽带接入技术，宽带接入网才称为因特网领域的热门话题。

*****计算机网络的性能

1.速率。速率指连接在计算机网络中的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为数据率或者比特率。比特是计算机中数据量大单位，也是信息论中信息量的单位。一个比特就是二进制中的一个1或0。

2.带宽。带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。

3.吞吐量。在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

4.时延。指数据从网络的一端到另一端所需的时间。（1）发送时延。（2）传播时延。（3）处理时延。（4）排队时延。

5.时延带宽积。传播时延和带宽的乘积。

6.往返时间RTT。表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。

7.利用率。信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。

******计算机网络体系结构

计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构。计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

***分层的好处：

（1）各层之间是独立的。某一层不需要知道它的下一层是如何实现的，仅需知道该层通过层间的接口（即界面）所提供的服务。

（2）灵活性好。改动只在某一层。

（3）结构上可分割开。易于实现和维护。

（4）能促进标准化工作。①差错控制②流量控制（使接收端来得及接收）③分段和重装（发送端划分为小块，接收端还原）④复用和分用（发送端高层会话复用低层连接，在接收端再进行分用）⑤连接（逻辑连接）建立和释放。

***五层协议的体系结构

1.应用层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议的定义是应用进程间通信和交互的规则。对于不同的网络应用需要不同的应用层协议。在因特网中有很多应用层协议，如支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，支持文件传送的FTP协议，等等。应用层交互的数据单元称为报文。

2.运输层。运输层的任务是负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。通用指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。运输层具有复用和分用的功能。运输层主要有两种协议：（1）传输控制协议TCP，传输单位是报文段。（2）用户数据报协议UDP，传输单位是用户数据报。

3.网络层。网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。传输单位是IP数据报或简称数据报。使用无连接的网际协议IP和许多路由选择协议。

4.数据链路层。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，因此需要专门的链路层的协议。在两个相邻结点间的链路上传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息，地址信息，差错控制等）。

5.物理层。在物理层上所传送数据的单位是比特（0或1）。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应该如何连接。但解释比特代表的意思不是物理层的任务。

6.第0层。传输信息所利用的物理媒体如双绞线、光缆、无线信道等，不在物理层协议之内而是物理层协议的下面，因此也把物理媒体当作第0层。

我们常提到的TCP／IP并不一定单指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示因特网所使用的整个TCP／IP协议族。

实体：表示任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的软件模块。

协议：控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。协议在语法方面的规则定义了所交换的信息的格式，在语意方面的规则定义了发送者或接收者所要完成的操作，在同步方面的规则定义了收发双方的时序关系。

服务：能够被高一层实体“看得见”的功能。在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务，要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。适用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议，也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。其次，协议是水平的，即协议是控制对等实体之间通信的规则，服务是垂直的，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。

服务访问点SAP：在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方。它是一个抽象的概念，是一个逻辑接口。层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU。

计算机网络协议应该把所有不利条件都估计到，要能应付各种异常情况。

TCP／IP协议可以为各式各样的应用提供服务，同时也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行。

************重点理解两者之间的区别：

1.主机和路由器：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，但他们的作用不一样。。。。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。。。路由器是用来转发分组的，即进行分组交换的（具体工作原理见上文）。

2.网络和互联网。网络连接计算机，互联网连接网络。

3.internet和Internet。internet互联网是通用名词，指多个计算机网络互联而成的网络。Internet因特网是专用名词，指全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议族作为通信规则。

4.因特网的边缘部分和核心部分。主机在边缘部分进行信息处理。路由器在核心部分按存储转发方式进行分组交换。

5.客户和服务器。都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

6.协议和服务。协议是控制对等实体之间通信的规则，是水平的。服务是下层通过层间接口向上层提供的功能，是垂直的。