第一章 概述

本章重点：

1. 互联网边缘部分和核心部分的作用，其中包含分组交换的概念。
2. 计算机网络的新能指标。
3. 计算机网络分层次的体系结构，包含协议和服务的概念。

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

“ 三化 ”：数字化、网络化、信息化
——这是21世纪最重要的特征，是一个以网络为核心的时代。
“ 三网 ”：电信网络、有线电视网络、计算机网络
“ 三网融合 ”：电信网络和有线电视网络都逐渐融入现代计算机网络的技术

20世纪90年代后，以Internet为代表的计算机网络得到了飞速的发展，译名：因特网、互联网（Internet是由数量极大的各种计算机网络互连起来的）。

互联网的两个重要基本特点：连通性 和 共享性
连通性：好像网上这些用户终端都彼此直接联通一样。
共享性：指资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

1.2 互联网概述

1.2.1 网络的网络

计算机网络（简称网络）由若干节点和连接这些节点的链路组成。网络中的节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
互联网是“ 网络的网络 ”：多个网络通过路由器相互连接起来（网络把N个计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。）。

与网络直接相连的计算机被称为主机，互联网中不可缺少的路由器是一种特殊的计算机（有中央处理器、存储器、操作系统等），但不能称为主机。

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

共三个阶段（时间的划分是有部分重叠的）：
第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。

ARPANET是第一个计算机网络。

第二阶段：特点是建成了三级结构的互联网

NSFNET，是一个三级计算机网络，分为 主干网、地区网、校园网（企业网）。

第三阶段： 特点是逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网
NSFNET逐渐被互联网主干网替代。出现 互联网服务提供者ISP，又称为 互联网服务提供商。如：电信、联通、移动。

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也分为不同的层次的ISP。
主干ISP：又几个专门的公司创建维护，服务面积最大（一般能够覆盖国家范围），拥有高速主干网。
地区ISP：较小的ISP
本地ISP：给用户提供直接服务。

互联网交换点IXP：允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。

1.2.3 互联网的标准化工作

制定互联网的正式标准要经过三个阶段：
互联网草案、建议标准、互联网标准

1.3 互联网的组成

边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视屏）和 资源共享。
核心部分：由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（提供联通性和交换）。

1.3.1 互联网的边缘部分

处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机，这些主机又称为端系统。
端系统的拥有者：个人、单位、ISP
我们说：“主机A和主机B进行通信”
实际上指“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”
简称：“计算机之间通信”

端系统之间的通信方式：

1. 客户-服务器方式（C/S 方式）
2. 对等方式（P2P方式）

客户-服务器方式

在互联网上是最常用的，也是传统的方式。
客户是服务请求方，服务器是服务提供方。
客户程序：
（1）被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（服务请求），所以客户程序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）是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请求。
（2）服务器程序不需要知道客户户程序的地址
（3）一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。

对等连接方式

对等方式从本质上看仍然使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户优势服务器。

1.3.2 互联网的核心部分

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建。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。

电路交换的主要特点

电路交换：建立连接（占用通信资源 ）→ 通话（一直占用通信资源）→ 释放连接（归还通信资源）
特点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。
当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。

分组交换的主要特点

分组交换：采用存储转发技术。
报文：要发送的整块数据称为一个报文。
分组（包）：每个数据段前，加上一些必要的控制信息组成的首部。

主机为用户进行信息处理，路由器用来转发分组，即进行分组交换

分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠

三种交换方式：
电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点。
报文交换：整个报文先传送到相邻节点。
分组交换：单个分组（报文的一部分）传送到相邻节点。

1.4 计算机网络在我国的发展

不重要

1.5 计算机网络的类别

1.按地理范围分类

分为局域网、广域网和城域网三类。
局域网LAN：它是连接近距离计算机的网络，覆盖范围从几米到数公里。例如办公室或实验室的网、同一建筑物内的网及校园网等。
广域网WAN：其覆盖的地理范围从几十公里到几千公里，覆盖一个国家、地区或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。例如我国的公用数字数据网(ChinaDDN)、电话交换网(PSDN)等。
城域网MAN，它是介于广域网和局域网之间的一种高速网络，覆盖范围为几十公里，大约是一个城市的规模。

2.按拓扑结构分类

拓扑结构就是网络的物理连接形式。
局域网的拓扑结构主要有星型、总线型和环型三种，还有混合结构

1.5.1 计算机网络的定义

精确定义并未统一。

1. 计算机网络所连接的硬件。
2. 并非专门用来传输数据，

1.5.2 几种不同类别的计算机网络

按照网络的作用范围分类

广域网WAN：远程网
城域网MAN：。
局域网LAN：校园网或企业网
个人区域网PAN：无限个人区域网WPAN

按网络使用者分类

公用网、专用网

用来把用户接入到互联网的网络

接入网AN：本地接入网或居民接入网

1.6 计算机网络的性能

1.6.1 计算机网络的性能指标

速率

比特（bit）：二进制数字，信息量的单位。
速率：数据的传送速率，称数据率或比特率。
注：提到速率，往往是额定速率或标称速率。

带宽

两种意思：
（1）信号具有的频带宽度，单位是赫。
（2）单位时间内网络中的通信道所能通过的“最高数据率”，单位：比特每秒bit/s

吞吐量

时延

指数据从网络的一端到另一端的时间
（1）发送时延（传输时延）：主机或路由器发送数据帧所需要的时间。
（2）传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花的时间
与信号传送的距离无关， 与信号发送速率无关，信号传送的距离越远，传播时延就越大。
（3）处理时延
（4）排队时延

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

（5）时延贷款积：比特为单位的链路长度。
（6）往返时间RTT
（7）利用率
信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的时延。

1.6.2 计算机网络的非性能特征

费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护。

1.7 计算机网络体系结构

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

1.7.2 专用术语

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等实体：收发双方相同层次中的实体。

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合。
协议的三要素：语法 、 语义 、 同步

• 语法：定义所交换信息的格式
• 语义：定义收发双方所要完成的操作
• 同步：定义收发双方的时序关系

服务：
在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑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。

协议是“水平的”，服务是“垂直的”。
实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是"透明"的。

服务访问点﹐在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。

• 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段。
• 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”。
• 运输层的服务访问点为“端口号”。
  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，这些命令称为服务原语。

协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。
服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。
多个SDU可以合成为一个PDU;一个SDU也可划分为几个PDU。