目錄

1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用

1.2 互聯(lián)網(wǎng)概述

1.2.1 ?網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

1.2.2 ?互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三個階段

1.2.3 ?互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作

1.3 互聯(lián)網(wǎng)的組成

1.3.1 ?互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分

a. 客戶-服務器方式（C/S 方式）

b. 對等連接方式（P2P 方式）

1.3.2? 互聯(lián)網(wǎng)的核心部分

a.?電路交換

b.?分組交換

c.?報文交換

1.4 ?計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展

1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的類別

1.5.1 ?計算機網(wǎng)絡(luò)的定義

1.5.2 ?幾種不同類別的計算機網(wǎng)絡(luò)

1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能

1.6.1 ?計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標

a. 速率

b. 帶寬

c. 吞吐量

d.?時延

e.?時延帶寬積

f.?往返時間 RTT

g.?利用率

1.6.2 ?計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征

1.7 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.7.1 ?計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

1.7.2 ?協(xié)議與劃分層次

1.7.3 ?具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

1.7.4 ?實體、協(xié)議、服務和服務訪問點

1.7.5 ?TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)

1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用

21世紀的一些重要特征：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的時代。

三類熟悉的網(wǎng)絡(luò)：

1. 電信網(wǎng)絡(luò)：提供電話、電報及傳真等服務。
2. 有線電視網(wǎng)絡(luò)：向用戶傳送各種電視節(jié)目。
3. 計算機網(wǎng)絡(luò)：使用戶能在計算機之間傳送數(shù)據(jù)文件。

如何稱呼 Internet？

• 因特網(wǎng)：推薦，但卻長期未得到推廣。
• 互聯(lián)網(wǎng)：目前流行最廣，事實上的標準譯名。

注意：互聯(lián)網(wǎng) ≠互連網(wǎng)。互連網(wǎng)：局部范圍互連起來的計算機網(wǎng)絡(luò)。

互聯(lián)網(wǎng)的 2 個重要基本特點

1. 連通性：幾乎忽略距離因素，使上網(wǎng)用戶之間可以非常便捷、非常經(jīng)濟地交換各種信息，好像這些用戶終端都彼此直接連通一樣。
2. 資源共享：實現(xiàn)信息共享、軟件共享、硬件共享。由于網(wǎng)絡(luò)的存在，這些資源好像就在用戶身邊一樣。

互聯(lián)網(wǎng)+：指“互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)”。把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟社會各領(lǐng)域。

1.2 互聯(lián)網(wǎng)概述

1.2.1 ?網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

計算機網(wǎng)絡(luò)：
由若干節(jié)點和連接這些節(jié)點的鏈路組成。
節(jié)點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。

互連網(wǎng)：
多個網(wǎng)絡(luò)通過一些路由器相互連接起來，即“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。

主機：與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機，路由器是特殊計算機，但不是主機

主機可以在云里，也可以在云外：

網(wǎng)絡(luò)：把許多計算機連接在一起。

互連網(wǎng) (internet) ≠ 互聯(lián)網(wǎng) (Internet)

• 互連網(wǎng)（internet）：把許多網(wǎng)絡(luò)通過一些路由器連接在一起。與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機常稱為主機。協(xié)議不一定是TCP/IP
• 互聯(lián)網(wǎng)（Internet）：覆蓋全球的特定互連網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議，前身是ARPANET。

1.2.2 ?互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三個階段

【第一階段】
ARPANET：最初只是單個的分組交換網(wǎng)，不是互連網(wǎng)。 【互聯(lián)網(wǎng)的雛形】
1983 年，TCP/IP 協(xié)議成為 ARPANET 上的標準協(xié)議?！净ヂ?lián)網(wǎng)的誕生時間】

【第二階段：構(gòu)成了三級結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)】

三級結(jié)構(gòu)：主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。

【第三階段：出現(xiàn)了多層次的互聯(lián)網(wǎng)服務提供者 ISP】
ISP：提供接入到互聯(lián)網(wǎng)的服務，但需收取一定的費用。國內(nèi)如中國電信、中國聯(lián)通、中國移動等等。

理解：用戶通過ISP購買的IP接入互聯(lián)網(wǎng)。
多層次 ISP 結(jié)構(gòu)：
主干 ISP、地區(qū) ISP 和本地 ISP。

互聯(lián)網(wǎng)交換點 IXP：允許兩個網(wǎng)絡(luò)直接相連并快速交換分組，不需第三個網(wǎng)絡(luò)交換分組。
常采用交換機。
內(nèi)容提供者：在互聯(lián)網(wǎng)上向所有用戶提供視頻等內(nèi)容的公司。

1.2.3 ?互聯(lián)網(wǎng)的標準化工作

RFC：（請求評論）

1. 所有的 RFC 文檔都可從互聯(lián)網(wǎng)上免費下載。
2. 任何人都可以用電子郵件隨時發(fā)表對某個文檔的意見或建議。
3. 但并非所有的 RFC 文檔都是互聯(lián)網(wǎng)標準。只有很少部分的 RFC 文檔最后才能變成互聯(lián)網(wǎng)標準。
4. RFC 文檔按發(fā)表時間的先后編上序號（即 RFCxxxx，xxxx 是阿拉伯數(shù)字）。

1.3 互聯(lián)網(wǎng)的組成

從互聯(lián)網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為兩大塊：

1. 邊緣部分： 由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機組成，由用戶直接使用，用來進行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。
2. 核心部分：由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成，為邊緣部分提供服務（提供連通性和交換）。

1.3.1 ?互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分

處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣部分的就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)?。
端系統(tǒng)在功能上可能有很大差別：

• 小的端系統(tǒng)：普通個人電腦、智能手機、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等。
• 大的端系統(tǒng)：非常昂貴的大型計算機或服務器。
• 端系統(tǒng)的擁有者：可以是個人、單位、或某個 ISP。

理解：主機A和主機B進行通信是指：主機A的某個進程與主機B的另一個進程進行通信。

通信方式分成：

1. 客戶-服務器方式（C/S 方式）
2. 對等連接方式（P2P 方式）

a. 客戶-服務器方式（C/S 方式）

客戶/服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關(guān)系。

1. 客戶是服務的請求方
2. 服務器是服務的提供方。

客戶程序

1. 被用戶調(diào)用后運行，需主動向遠地服務器發(fā)起通信（請求服務）。必須知道服務器程序的地址。
2. 不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。

服務器程序

1. 專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個客戶請求。
2. 一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。不需要知道客戶程序的地址。
3. 一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。
   ?

b. 對等連接方式（P2P 方式）

兩臺主機在通信時不區(qū)分服務請求方和服務提供方。只要都運行了 P2P 軟件，就可以進行平等的、對等連接通信。對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是服務器。

1.3.2? 互聯(lián)網(wǎng)的核心部分

核心部分：網(wǎng)絡(luò)+路由器。

路由器：實現(xiàn)分組轉(zhuǎn)發(fā)

典型交換技術(shù)包括：

1. 電路交換
2. 分組交換
3. 報文交換

互聯(lián)網(wǎng)的核心部分采用分組交換技術(shù)。

a.?電路交換

問題：電線對的數(shù)量與電話機數(shù)量的平方（N2）成正比。

解決：電話交換機

電路交換特點：

1. 建立連接：建立一條專用的物理通路（占用通信資源）。
2. 通話：主叫和被叫雙方互相通電話（一直占用通信資源）。
3. 釋放連接：釋放剛才使用的專用的物理通路（歸還通信資源）。

這種必須經(jīng)過“建立連接（占用通信資源）、通話（一直占用通信資源）、釋放連接（歸還通信資源）”三個步驟的交換方式稱為電路交換。通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源
缺點：
通信線路的利用率很低，真正用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到 10%，甚至不到 1%，已被用戶占用的通信線路資源在絕大部分時間里都是空閑的。

b.?分組交換

采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。

過程：

數(shù)據(jù)段前面添加首部就構(gòu)成了分組

接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞?，還原成原來的報文

路由器作用：分組轉(zhuǎn)發(fā)：

分組交換的優(yōu)點

優(yōu)點	所采用的手段
高效	在分組傳輸?shù)倪^程中動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。
靈活	為每一個分組獨立地選擇最合適的轉(zhuǎn)發(fā)路由。
迅速	以分組作為傳送單位，可以不先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組。
可靠	保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式多路由的分組交換網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。

缺點：

1. 排隊延遲：分組在各路由器存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊。
2. 不保證帶寬：動態(tài)分配。
3. 增加開銷：各分組必須攜帶控制信息；路由器要暫存分組，維護轉(zhuǎn)發(fā)表等。

c.?報文交換

類似分組轉(zhuǎn)發(fā)，但轉(zhuǎn)發(fā)的不是分組而是整個報文。

電路交換、報文交換和分組交換的主要區(qū)別

1. 若要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且其傳送時間遠大于連接建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。
2. 報文交換和分組交換不需要預先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時可提高整個網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。
3. 由于一個分組的長度往往遠小于整個報文的長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。

1.4 ?計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展

1994 年，中國教育和科研計算機網(wǎng) CERNET (China Education and Research NETwork) 是我國第一個 IPv4 互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)。
2004 年 2 月，我國的第一個下一代互聯(lián)網(wǎng) CNGI 的主干網(wǎng) CERNET2 試驗網(wǎng)正式開通，并提供服務。
試驗網(wǎng)以 2.5~10 Gbit/s 的速率連接北京、上海和廣州三個 CERNET 核心節(jié)點，并與國際下一代互聯(lián)網(wǎng)相連接。
中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心 CNNIC (ChiNa Network Information Center) ?每年兩次公布我國互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展情況。
到 2019 年底，我國的國際出口帶寬已超過 8.8 Tbit/s （1 Tbit/s = 103 Gbit/s）。

1.5 計算機網(wǎng)絡(luò)的類別

1.5.1 ?計算機網(wǎng)絡(luò)的定義

計算機網(wǎng)絡(luò)主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件并非專門用來實現(xiàn)某一特定目的（例如，傳送數(shù)據(jù)或視頻信號）。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數(shù)據(jù)，并能支持廣泛的和日益增長的應用。

1.5.2 ?幾種不同類別的計算機網(wǎng)絡(luò)

按照網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進行分類

類別	作用范圍或距離
廣域網(wǎng) WAN	通常為幾十到幾千公里。有時也稱為遠程網(wǎng).
城域網(wǎng) MAN	作用范圍一般是一個城市，作用距離約為 5~50 公里。
局域網(wǎng) LAN	局限在較小的范圍（如 1 公里左右）。
個人區(qū)域網(wǎng) PAN	范圍很小，大約?10 米左右。有時也稱無線個人區(qū)域網(wǎng)。

按照網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類

類別	作用范圍或距離
公用網(wǎng)	按規(guī)定交納費用的人都可以使用的網(wǎng)絡(luò)。也可稱為公眾網(wǎng)。
專用網(wǎng)	為特殊業(yè)務工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。

用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)-接入網(wǎng)【又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)】

1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)的性能

1.6.1 ?計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標

性能指標*7：從不同的方面來度量計算機網(wǎng)絡(luò)的性能。

a. 速率

速率（數(shù)據(jù)率或比特率）:數(shù)據(jù)的傳送速率，一般指額定速率或標稱速率，非實際運行速率。
單位：bit/s,b/s,bps，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。

【示例】

b. 帶寬

頻域【傳統(tǒng)通信】:如300Hz到3.4kHz

1. 某個信號具有的頻帶寬度。
2. 單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
3. 某信道允許通過的信號頻帶范圍稱為該信道的帶寬（或通頻帶）。

時域【計算機網(wǎng)絡(luò)】:允許通過的最高數(shù)據(jù)率

1. 網(wǎng)絡(luò)中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力，表示在單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的某信道所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。
2. 單位就是數(shù)據(jù)率的單位 bit/s。

c. 吞吐量

吞吐量：單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的實際數(shù)據(jù)量。

1. 受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。
2. 額定速率是絕對上限值。
3. 可能會遠小于額定速率，甚至下降到零！

單位：bit/s,bit

d.?時延

時延（延遲或遲延）：指數(shù)據(jù)（一個報文或分組，甚至比特）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。

單位：s
組成：

1. 發(fā)送時延
2. 傳播時延
3. 處理時延
4. 排隊時延

（1）發(fā)送時延：是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。

（2）傳播時延：是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。

電磁波傳播速率：

1. 自由空間的傳播速率是光速 = 3.0 ⅹ 105 km/s
2. 在銅線電纜中的傳播速率約 = 2.3 ⅹ 105 km/s
3. 在光纖中的傳播速率約 = 2.0 ⅹ 105 km/s

注意：發(fā)送時延與傳播時延有本質(zhì)上的不同。
發(fā)送時延發(fā)生在機器內(nèi)部的發(fā)送器中，與傳輸信道的長度（或信號傳送的距離）沒有關(guān)系。
傳播時延則發(fā)生在機器外部的傳輸信道媒體上，而與信號的發(fā)送速率無關(guān)。信號傳送的距離越遠，傳播時延就越大。

（3）處理時延：主機或路由器在收到分組時，為處理分組（例如分析首部、提取數(shù)據(jù)、差錯檢驗或查找路由）所花費的時間。?
（4）排隊時延：分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理和轉(zhuǎn)發(fā)所經(jīng)歷的時延。
排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量。當網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時會發(fā)生隊列溢出，使分組丟失，這相當于排隊時延為無窮大。

易錯：

1. “在高速鏈路（或高帶寬鏈路）上，比特會傳送得更快些”。（錯誤），因為對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，而不是比特在鏈路上的傳播速率。
   提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。

e.?時延帶寬積

表示含義：
管道中的比特數(shù)表示從發(fā)送端發(fā)出但尚未到達接收端的比特數(shù)。
只有在代表鏈路的管道都充滿比特時，鏈路才得到了充分利用。
單位：bit

f.?往返時間 RTT

表示從發(fā)送方發(fā)送完數(shù)據(jù)，到發(fā)送方收到來自接收方的確認總共經(jīng)歷的時間。?

【示例】

g.?利用率

信道利用率
某信道有百分之幾的時間是被利用的（即有數(shù)據(jù)通過）。
完全空閑的信道的利用率是零。
網(wǎng)絡(luò)利用率
全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。
問題：信道利用率越高越好嗎？
不是。解答如下：

1.6.2 ?計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征

1.7 計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.7.1 ?計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

1.7.2 ?協(xié)議與劃分層次

計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

• 法律上的國際標準 OSI
• 事實上的國際標準 TCP/IP

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡稱為協(xié)議，是為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定。
三個組成要素：

1. 語法：數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式 。?
2. 語義：需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。?
3. 同步：事件實現(xiàn)順序的詳細說明。?

1.7.3 ?具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

各層的主要功能

應用層：

• 任務：通過應用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應用。
• 協(xié)議：DNS，HTTP，SMTP
• 數(shù)據(jù)單元：把應用層交互的數(shù)據(jù)單元稱為報文(message)。

運輸層：

1. 任務：負責向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務。
2. 協(xié)議：TCP，UDP
3. 數(shù)據(jù)單元：TCP的數(shù)據(jù)單元是報文段，UDP的數(shù)據(jù)單元是用戶數(shù)據(jù)報

TCP與UDP

• TCP是面向字節(jié)流、連接、可靠數(shù)據(jù)傳輸服務。
• UDP是面向報文、無連接、不可靠的傳輸服務。

網(wǎng)絡(luò)層：

1. 任務：為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務。
2. 協(xié)議：IP
3. 數(shù)據(jù)單元：IP數(shù)據(jù)報

兩個具體任務：

1. 路由選擇：通過一定的算法，在互聯(lián)網(wǎng)中的每一個路由器上，生成一個用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的轉(zhuǎn)發(fā)表。
2. 轉(zhuǎn)發(fā)：每一個路由器在接收到一個分組時，要依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表中指明的路徑把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個路由器。

數(shù)據(jù)鏈路層：

1. 任務：實現(xiàn)兩個相鄰節(jié)點之間的可靠通信
2. 協(xié)議：PPP點對點協(xié)議，CSMA/CD廣播協(xié)議
3. 數(shù)據(jù)單元：幀（frame）

物理層：
任務：實現(xiàn)比特（0 或 1）的傳輸。確定連接電纜的插頭應當有多少根引腳，以及各引腳應如何連接。

在數(shù)據(jù)鏈路層加上尾部。

1.7.4 ?實體、協(xié)議、服務和服務訪問點

實體：表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。?
協(xié)議：控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。?

1. 在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能夠向上一層提供服務。
2. 要實現(xiàn)本層協(xié)議，還需要使用下層所提供的服務。

注意：協(xié)議和服務在概念上是不一樣的

相鄰兩層之間的關(guān)系

協(xié)議很復雜，要應付所有異常情況

1.7.5 ?TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)使用的 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了演變，即某些應用程序可以直接使用 IP 層，或甚至直接使用最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層。

沙漏計時器形狀的 TCP/IP 協(xié)議族

互聯(lián)網(wǎng)中客戶-服務器工作方式

同時運行多個服務器進程同時為多個客戶進程提供服務

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-842254.html

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