文章目录

  • 一、因特网发展与概述
    • 1.1 网络、互联网、因特网
    • 1.2 因特网发展的三个阶段
      • 1.2.1 ISP因特网服务提供者
      • 1.2.2 基于ISP的三层结构的因特网
    • 1.3 因特网的标准化工作
    • 1.4 因特网的组成
  • 二、三种交换方式
    • 2.1 电路交换
    • 2.2 分组交换-存储转发方式
    • 2.3 报文交换-存储转发方式
    • 2.4 ⭐三种交换方式总结
  • 三、计算机网络的定义
    • 3.1 计算机网络的分类
  • 四、计算机网络性能指标
    • 4.1 比特
    • 4.2 速率
    • 4.3 带宽
    • 4.4 吞吐量
    • 4.5 时延
    • 4.6 时延带宽积
    • 4.7 往返时间 `RTT`
    • 4.8 利用率
    • 4.9 丢包率（分组丢失率）
  • 五、⭐计算机网络体系结构
    • 5.1 常见的计算机网络体系结构
    • 5.2 计算机网络体系结构分层的必要性
    • 5.3 计算机网咯体系结构分层思想举例
    • 5.4 计算机网络体系结构中的专用术语
      • 5.4.1 实体
      • 5.4.2 协议
      • 5.4.3 服务
  • 总结
  • 习题
    • 基础概念习题
    • 时延相关习题

一、因特网发展与概述

1.1 网络、互联网、因特网

网络由若干结点和连接这些结点的链路组成。

多个网络还可以通过路由器连接起来，这样就构成了一个范围更大的网络，即互联网。因此，互联网是‘网络的网络’

因特网是世界上最大的互联网络（用户数以亿记，互联的网络数以百万计）


  • internet与Internet的区别

1.2 因特网发展的三个阶段

1.2.1 ISP因特网服务提供者

普通用户如何接入到因特网（Internet）？
实际上是通过ISP接入因特网的。ISP可以从因特网管理结构申请到成块的IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备。任何机构和个人只要向ISP缴纳规定的费用，就可以从ISP得到所需要IP地址。这一点很重要，因为因特网上的主机都必须有IP地址才能通信。这样就可以通过该ISP接入因特网。

1.2.2 基于ISP的三层结构的因特网


一旦某个用户能够接入到因特网，那么他也可以称为一个ISP，只需要购买一些调制解调器或者路由器这样设备，让他人能够和他相连。

1.3 因特网的标准化工作

1.4 因特网的组成

因特网的拓扑结构较为复杂，且覆盖全球。
功能划分：边缘部分、核心部分

路由器：一种专用计算机，但我们不称它为主机，是实现分组交换的关键构件，任务：转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

二、三种交换方式

2.1 电路交换

所有的电话机两两相连是不现实的。于是人们认识到，为了使每一步电话能够很方便的和另一部电话通信，应该使用一个中间设备将这些电话连接起来，这个中间设备就是电话交换机。
电话交换机：可以认为是有多个开关的开关器，可以将需要通信的任意两部电话线路按需接通。从而大大减少了连接的电话数量。


思考：使用电路交换计算机数据是否可行？
应该可以实现。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。这是因为计算机数据是突发式的出现在传输线路上的。
例如：当用户正在输入和编辑一份待传输文件时，用户所占用的通信资源暂时未被利用，该通信资源也不能被其他人利用，宝贵的通信资源因此被浪费

2.2 分组交换-存储转发方式

主机H6用户发送消息给主机H2用户：
通常把表示消息的整块数据称为一个报文。发送报文之前，先把较长的报文划分称为一个个更小的等长数据段。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成首部，这就构成了一个分组（包），相应地，首部也可以称为包头。
思考：添加首部的作用是什么？难道不会增加传输的数据量？
首先，首部中会包含分组目的地址，否则分组传输路径中的各分组交换机（也就是各路由器），就不知道如何转发分组了。
分组交换机作用：分组交换机接收到一个分组后，先将分组暂时存储下来，再检查其首部，按照首部中的目的地址进行查表转发。找到合适的转发接口，通过该接口将分组转发给下一个分组。
当目的地址到达后，如本例中的H2主机收到分组后，会去掉他们的首部，将各数据段组合还原出原始报文。

2.3 报文交换-存储转发方式

报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换节点需要有较大的缓存空间。
报文交换用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被先进的分组交换方式所取代。

2.4 ⭐三种交换方式总结

电路交换：通信之前要先建立连接。然后使用建立好的连接进行数据传送，数据传送结束后，需要释放连接，以归还之前建立连接所占用的通信线路资源。
报文交换：可以随时发送报文，不需要事先建立连接；整个报文先传送到相邻节点交换机，全部存储下来后进行查表转发，转发到下一各节点交换机。
分组交换：可以随时发送分组，不需要事先建立连接；构成原始报文的一个个分组，依次在各个结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时，还缓存接受到的分组。

使用电路交换时，一旦建立连接，中间各个结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点；
使用报文交换时，整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发，由于不限制报文大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。
使用分组交换时，构成原始报文的一个个分组，在各结点交换机上进行存储转发，相比报文交换，减少了转发时延，还可以避免过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制。

  • 三种交换方式总结
  • 电路交换
  • 优点：1）通信延时小：由于通信线路为通信双方用于专用，数据直达，因此通信延时非常小。连续传输大量数据时，这一优点非常明显。
    2）有序传输：通信双方只有一条专用通信线路，数据只在这一条线路上传输，因此不存在失序问题。
    3）没有冲突：不同的通信双发拥有不同的信道，不会出现征用物理信道的问题。
    4）适用范围广：不仅传输数字信号，也可传输模拟信号。
    5）实时性强
    6）控制简单
  • 缺点：1）建立时间长：电路交换的平均连接时间对计算机通信来说太长；
    2）线路独占，使用效率低：电路交换一旦建立连接，物理通路就被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用率很低。
    3）灵活性差：只要连接建立的物理通路出现一点故障，就必须重新拨号建立连接，这对十分紧急和重要的通信是不利的。
    4）难以规格化：电路交换时，数据直达，不同规格、不同速率、不同类型的终端很难互相进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。
  • 报文交换
  • 优点：1）无需建立连接：通信双方无需预先建立一条专用的通信线路，不存在建立连接的时延，用户可以随时发送报文。
    2）动态分配线路：当发送放把报文传送给结点交换机时，结点交换机先存储整个报文，然后选择一条合适的空闲线路，将报文发送出去。
    3）提高线路可靠性：如果某条传输路径发生故障，会重新选择另一条路径传输数据，因此提高了传输的可靠性。
    4）提高线路利用率：通信双方不是固定占用一条通信线路，而是在不同时间分段部分占用物理线路，因而大大提高了通信线路的利用率。
    5）提供多目标服务：一个保温可以同时发送给多个目的地址，这在电路交换中是难以实现的。
  • 缺点：1）引起转发时延：由于报文在结点交换机上要历经存储转发的过程。
    2）需要较大的存储缓存空间：由于报文交换对报文大小没有限制
    3）需要携带额外的信息量：报文需要携带目标地址、源地址等信息。