【学习笔记】【计算机网络】第1章——概述

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

(1)21 世纪的一些重要特征是数字化网络化信息化,它是一个以网络为核心的信息时代
(2)现有的 Internet 译名有两种:因特网互联网
(3)互联网的两个重要特点:连通性共享

1.2 互联网概述

1.2.1 网络的网络

(1)结点节点:在网络中,node的标准译名是“结点”,而树中的node译为“节点”。
(2)网络把许多计算机连接在一起,互连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常称为主机。

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

(1)互联网互连网:互联网指当今世界上最大的计算机网络Internet,而互连网指在局部范围互连起来的计算机网络。
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(2)三个阶段:
I.第一阶段:从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。
II.第二阶段:建成了三级结构的互联网。 它是一个三级计算机网络,分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。
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III.第三阶段:逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。 出现了互联网服务提供者 ISP。 任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用,就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权,并可通过该 ISP 接入到互联网。根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目的不同,ISP 也分成为不同层次的 ISP:主干 ISP地区 ISP本地 ISP
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1.2.3 互联网的标准化工作

成为互联网正式标准要经过三个阶段:
I.互联网草案 (Internet Draft) ——有效期只有六个月。在这个阶段还不是 RFC 文档。
II.建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档。
III.互联网标准 (Internet Standard) ——达到正式标准后,每个标准就分配到一个编号 STD xxxx。 一个标准可以和多个 RFC 文档关联。
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现在简化为二个阶段:建议标准,互联网标准。

1.3 互联网的组成

从互联网的工作方式上看,可以划分为两大块:边缘部分核心部分

1.3.1 互联网的边缘部分

(1)处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统
(2)端系统之间通信的含义:“主机 A 和主机 B 进行通信”,实际上是指:“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”,简称为“计算机之间通信”。
(3)端系统的两种通信方式:
I.客户-服务器方式(C/S 方式):客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。
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II.对等方式(P2P 方式):是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
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1.3.2 互联网的核心部分

(1)在网络核心部分起特殊作用的是路由器。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。
(2)电路交换的主要特点:N 部电话机两两直接相连,需 N(N – 1)/2 对电线。这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平方( N2)成正比。
(3)电路交换分为三个阶段:建立连接通信释放连接源
(4)电路交换的缺点:计算机数据具有突发性。这导致在传送计算机数据时,通信线路的利用率很低(用来传送数据的时间往往不到10%甚至1% )。
(5)主机和路由器的作用不同: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。路由器则是用来转发分组的,即进行分组交换的
(6)分组交换的主要特点 :分组交换则采用存储转发技术。在发送端,先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
(7)分组交换的步骤:添加首部构成分组→分组交换的传输单元→收到分组后剥去首部→最后还原成原来的报文。
(8)分组交换的优点:
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(9)分组交换带来的问题:分组在各结点存储转发时需要排队,这就会造成一定的时延。 分组必须携带的首部(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的开销
(10)三种交换的比较:
电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送。
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。
分组交换——单个分组传送到相邻结点,存储下来后找转发表,转发到下一个结点。
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可见分组转换的效果是最好的,大部分也都是采用分组转换的。

1.4 计算机网络在我国的发展

(发展很好!!!)

1.5 计算机网络的类别

1.5.1 计算机网络的定义

(1)较好的定义:计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如,传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的和日益增长的应用。
(2)计算机网络所连接的硬件,并不限于一般的计算机,而是包括了智能手机等。
(3)计算机网络并非专门用来传送数据,而是能够支持很多种的应用(包括今后可能出现的各种应用)。
好多定义(((φ(◎ロ◎;)φ)))

1.5.2 几种不同类别的网络

(1)按照网络的作用范围进行分类:
I.广域网 WAN (Wide Area Network):作用范围通常为几十到几千公里。
II.城域网 MAN (Metropolitan Area Network):作用距离约为 5~50 公里。
III.局域网 LAN (Local Area Network) :局限在较小的范围(如 1 公里左右)。
IV.个人区域网 PAN (Personal Area Network) :范围很小,大约在 10 米左右。
(2)按照网络的使用者进行分类:
I.公用网 (public network) :按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。
II.专用网 (private network) :为特殊业务工作的需要而建造的网络。
(3)用来把用户接入到互联网的网络:接入网 AN (Access Network),它又称为本地接入网或居民接入网。
平时手机等电子设备上看到的WLAN其实就是无线局域网(Wireless Local Area Networks)。

1.6 计算机网络的性能

1.6.1 计算机网络的性能指标

(1)速率:计算机网络中最重要的一个性能指标,指的是数据的传送速率,它也称为数据率或比特率。
(2)带宽:表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s。
(3)吞吐量:表示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(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。分为发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。
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(5)时延带宽积:以比特为单位的链路长度。
(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:分为信道利用率和网络利用率。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过),完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。

1.6.2 计算机网络的非性能特征

一些非性能特征也很重要,它们与前面介绍的性能指标有很大的关系。主要包括:
费用质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性以及易于管理和维护。

1.7 计算机网络的体系结构

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

法律上的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可,非国际标准 TCP/IP 却获得了最广泛的应用。TCP/IP 常被称为事实上的国际标准。

1.7.2 协议与划分层次

(1)网络协议的三个组成要素 :语法:数据与控制信息的结构或格式 。 语义:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。 同步:事件实现顺序的详细说明。
(2)分层的好处与缺点:
I.好处:各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易于实现和维护。能促进标准化工作。
II.缺点:降低效率。有些功能会在不同的层次中重复出现,因而产生了额外开销。
(3)各层完成的主要功能:差错控制、流量控制、分段和重装和复用和分用。

1.7.3 具有五层协议的体系结构

(1)不同的体系结构会分不同层的协议
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(2)五层协议的体系结构
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(3)主机1向主机2发送数据动画演示:
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(4)主机1向主机2发送数据动画演示:(注意观察加入或剥去首部(尾部)的层次)
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(5)运输层最重要的协议是TCP和UDP协议,而网络层最重要的协议是IP协议。

1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点

(1)实体表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
(2)协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 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,还需要使用下层所提供的服务。
(3)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。
(4)协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的。
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1.7.5 TCP/IP 的体系结构

(1)TCP/IP 是四层体系结构
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(2)TCP/IP 体系结构的另一种表示方法
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小结

本章主要是计算机网络的概论,学习了一些计算机网络的基础知识,接下来的几章将在此基础上展开,自底向上介绍五层协议的体系结构:物理层、数据链路层、网络层、运输层和应用层。个人感觉计算机网络的概论比较容易理解,和生活联系比较密切,整个知识体系框架很有层次感。

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