title: 计算机网络——第一章 体系

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category: 计算机网络

date: 2018-05-17

计算机网络——第一章 体系

互联网发展阶段

1、单个网络ARPANET向互联网发展，Internet的前身是美国的ARPANET

2、建成了三级结构的互联网，主干网、地区网、校园网

3、形成多层次ISP结构的互联网，ISP(互联网服务提供者、互联网服务提供商)

一些名词

ARPANET：单个网络，Internet的前身

internet：互连网，通用名词，泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络

Internet：互联网、因特网。采用TCP/IP协议族作为通信的规则

ISP：Internet Service Provider，互联网服务提供者，如中国移动联通电信

IXP：Internet eXchange Point，互联网交换点，主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组

WWW：World Wide Web，万维网

ISOC：互联网协会

IAB：Internet Architecture Board，互联网体系结构委员会

IETF：Internet Engineering Task Force，互联网工程部

IESG：Internet Engineering Steering Group，互联网工程指导小组

IRTF：Internet Research Task Force，互联网研究部

IRSG：Internet Research Steering Group，研究指导小组

CHINANET：中国电信互联网

UNINET：联通

CMNET：移动

CERNET：中国教育和科研计算机网络

CSRNET：中国科学技术网

互联网的组成

一、边缘部分

C/S：客户-服务器方式

P2P：对等方式，peer-to-peer

二、核心部分

路由器(router)：专用计算机，实现分组交换，任务是转发收到的分组

电路交换：

1、采用面向连接，独占电路方式。

2、语音通信特点：差错率要求不高，实时性要求高。

3、通话的全部时间内，两个用户始终占用端到端的通信资源。

4、传送计算机数据时效率很低

5、整个报文的比特流连续发送(比特流的形式)

6、传输单元：比特流，比特流直达终点

建立连接(占用通信资源)——通话(一直占用)——释放连接(归还资源)

空分交换：模拟信号，物理的实际电路，独占线路

同步时分交换：数字信号，帧结构方式，分时共享，独占时隙

分组交换：

1、采用存储转发技术

2、面向非连接

3、数据通信特点：差错要求极高，误码率达到10^-9，差错控制，实时性要求不高，突发性高

4、单个分组(报文再分组后)传送到相邻节点，存储在转发

5、如ATM、IP、MPLS

高效、灵活、迅速、可靠

主机为用户进行信息处理，路由器转发分组(分组交换)。

报文交换：

1、采用存储转发原理

2、整个报文先传送到相邻节点，全部存储后转发

3、报文为基本单位

虚电路

(1)建立逻辑上的连接，数据通过该逻辑路径

(2)通信完成后释放连接

(3)类似电路交换的通信过程，但不是物理电路

(4)典型应用：ATM、MPLS

分类：

1、SVC：交换虚电路，在每次呼叫时用户通过发送呼叫请求分组来临时建立虚电路的方式。

2、PVC：永久虚电路，用户事先已经要求网络运营商专门建立了固定的虚电路，就不需要在呼叫时再临时建立虚电路，而可以直接进入数据传送阶段，这种方式是永久虚电路，适用于业务量较大的集团用户

ATM信元

1、固定长度(5字节信元头+48净负荷=53字节信元)

2、信元长度小：可以减小组装、拆卸信元的等待时延和时延抖动，远超过采用总线结构的交换机处理速度，使得各个信元中可以被并行处理，从而满足实时业务。

3、取消逐段差错控制，只需端到端的差错控制，HEC仅负责信头的差错控制。

4、 用多组有序VPI/VCI标识一个虚连接，省去源地址、目的地址和包序号，信元到达顺序由ATM网络保证，这也更有利于硬件电路进行高速处理。

VP与VC：

1、一个物理传输信道TP被分成若干个虚通路VP，一个VP又包含若干个虚通道VC。

2、VC是两个相邻节点之间的逻辑连接，VP是一束VC的集合。

VP交换和VC交换：

1、VP交换时，VCI不变

2、VC交换时，修改VPI/VCI值并重新计算HEC

通信网的组成

组成

硬件

软件

通信网的架构

垂直架构

OSI七层简化，从功能、垂直结构上，分为信息应用层、业务网层、接入与传送层

水平架构

基于用户接入网络实际的物理连接划分，分为用户驻地网(CPN)、接入网(AN)、核心网(CN)

电话网络与因特网的结构

计算机网络分类

按作用范围

1、广域网WAN：Wide Area Network，远程网，核心部分，

2、城域网MAN：Metropolitan Area Network，范围一个城市左右

3、局域网LAN：Local Area Network，一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连(10Mbit/s以上)，如校园网、企业网

4、个人区域网PAN：Personal Area Network，无线个人局域网WPAN，10m左右

注：若中央处理机之间的距离非常近(1m内)一般称之为多处理机系统

按使用者

1、公用网：公众网

2、专用网：某个部门

3、用来把用户解入到互联网的网络：接入网AN(Access Network)，本地接入网或居民接入网(通过ISP)

网络的性能

性能指标

速率：数据的传送速率，数据率或比特率(bit/s)，一般说的额定速率或标称速率

带宽：频域和时域两种

(1)某个信号具有的频带带宽，信号的带宽值信号所包含的各种不同频率成分所占据有的频率范围，单位赫

(2)用于表示某通道传送数据的能力，单位时间内某信道所能通过的最高数据率，单位bit/s

吞吐量：单位时间内通过某个网络的实际的数据量

时延：数据从网络的一端到另一端所需要的时间，也称延迟或迟延

(1)发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，从第一个到结束的最后一个，也叫传输时延，=数据帧长度/发送速率

(2)传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间，=信道长度/电磁波在信道上的速率

(3)处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理

(4)排队时延：分组经过网络传输时，经过路由器需要排队等待路由器的处理，这个往往取决于网络当时的通信量

时延带宽积：传播时延*带宽，又称以比特为单位的链路长度

往返时间RTT：

利用率：信道利用率(某信道有百分之几的时间是被利用的，数据通过)和网络利用率(全网络的信道利用率的加权平均值)

非性能指标

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

计算机网络体系结构

因特网发展的三个阶段：

1、第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。 1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，故1983 年作为因特网的诞生时间。

2、第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网，分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。

3、第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网，出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。

标准化工作

OSI的七层协议

7、应用层

6、表示层

5、会话层

4、运输层

3、网络层

2、数据链路层

1、物理层

TCP/IP四层协议体系结构

4、应用层(TELNET、FTP、SMTP)

3、运输层(TCP、UDP)

2、网际层(IP)

1、网络接口层

五层协议体系

5、应用层：

通过应用进程间的交互来完成特定网络应用，协议定义的是应用进程间通信和交互的规则，数据单元是报文，如域名系统DNS、万维网HTTP、电子邮件SMTP

4、运输层：

负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务

(1)传输控制协议TCP：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据单位是报文段

(2)用户数据报协议UDP：提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务(不保证数据的可靠性)，数据单位是用户数据报

3、网络层：

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组(IP数据报)或包进行传送

2、数据链路层：

简称链路层，将网络层传下来的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，加首部和尾部

1、物理层：

数据单位是比特，传送比特流

一些概念

协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据单元成为该层的PDU

对等层：相同的协议层次

协议栈：协议体系层次中，几个层次在一起像一个栈

实体：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

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

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，需要下一层提供服务(下向上一层提供服务)

SAP：服务访问结点，在同一系统中相邻两层的实体进行交互(交换信息)的地方

SDU：服务数据单元，层与层之间交换的数据的单位

通信子网：网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合，通信设备、网络通信协议、通信控制软件等属于通信子网，是网络的内层，负责信息的传输。主要为用户提供数据的传输，转接，加工，变换等。包括各种通信设备(集线器交换机、路由器等)和通信线路。

资源子网：资源子网主要由网络的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软件所组成。 资源子网的主体为网络资源设备，包括:用户计算机(也称工作站、网络存储系统、网络打印机、独立运行的网络数据设备、网络终端、服务器、网络上运行的各种软件资源、数据资源等