计算机网络笔记（第一章~第四章）

第一章 概述

1.1 计算机网络在信息时代中的作用

21世纪的一些重要的特征就是 数字化，网络化和信息化，他是一个以网络为核心的信息时代。

这里所说的网络是指“三网”，即 电信网络，有线电视网络和计算机网络。

以 因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展，已从最初的网络科研逐步发展橙为商业网络。

计算机网络向用户提供的重要功能有两个： 1.连通性 2.共享（硬件 软件 信息 ）

所谓的连通性就是上网用户之间可以交换信息

所谓共享就是指资源共享，可以是可以是信息共享，软件共享，也可以使硬件共享。

1.2因特网的概述

1.2.1 网络的网络

起源于美国的因特网现已发展成世界上最大的国际性计算机互联网

网络由若干结点和连接这些结点的链路组成。网络中的结点可以是计算机，集线器，交换机或路由器。

网络和网络还可以痛过路由器连接互连起来，这样构成了一个覆盖更大的网络，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 连接在因特网上的计算机被称为主机 网路把许多计算机连接在一起，因特网则把许多的网络连接在一起 像这样包含有计算机的网络，以及用这样的网络加上许多路由器组成的互联网，都可统称为计算机网络。世界上最大的互联网—因特网，也是一种计算机网络

1.2.2 因特网发展的三个阶段

第一阶段是从单个网络（阿帕奈特）ARPANET 向互联网发展的过程。1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网（并不是一个互联的）这个是因特网的雏形。1983年TCP/IP协议成为AEPAENT上的标准协议，因此1983年作为因特网的诞生时间。

以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。以大写字母I开始的Interent（因特网）是指全球最大的，开放的，由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议，作为通信规则。

第二阶段的特点是组建了三级结构的因特网。从1985年起，美国国家科学基金会NSF就围绕六个大型计算机中心建设计算机网络，即国际科学基金网NSFNET。它是一个三级网络，分为主干网，地区网和校园网（或企业网）

第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网代替，这样出现了一个新的名词：因特网服务提供者ISP，又被称为因特网服务提供商。

为了使不同层次ISP经营的网络都能够互通，在1994年开始创建了四个网络接入点NAP。

NAP又被称为点对点，NAP的设备不存在从属关系而都是平等的。

因特网已经称为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络。因特网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织开发的万维网WWW 下一代因特网计划（NGI）要实现的主要目标： （1） 开发下一代网络结构

（2） 使用更加先进的网络服务技术和开发许多带有革命性的应用 （3） 使用超高速全光网络

（4） 对整个因特网的管理和保证信息的可靠性及安全性方面进行较大的改进

1.3 因特网的组成

从因特网的工作方式来看可以划分为两大块：

（1） 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接只用的，用来进行

通信（传输数据，音频或视频）和资源共享。

（2） 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（提供连通性和交换）

1.3.1 因特网的边缘部分

处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统。 ISP不仅仅是向端系统提供服务，它也可以拥有一些端系统。

在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类： （1）客户服务方式（C/S方式） （2）对等方式（P2P方式） 1. 客户服务方式

客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

服务器请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。 2. 对等连接方式

对等连接（P2P）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。因此这种工作方式也称为P2P文件共享。

1.3.2 因特网的核心部分

路由器是一种专用计算机（但不是主机） 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。

电路交换的主要特点

交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。

建立连接（占用通信资源） → 通话（一直占用通信资源即独占资源）<这个是电路交换的最主要的特点即 独占资源 > → 释放连接（归还通信资源）三个步骤的交换方式称为电路交换

电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端系统的通信资源。

分组交换的主要特点

先储存后转发；无连接随机转发。

（1）分组，封装 （2）转发 <选择路径，以分组为单位> （3）接收时重装重组。 分组交换采用储存转发技术。

通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。 分组又称为包，而分组的首部也可被称为包头。 分组=包=数据报

分组转发的核心部件是路由器

主机是为用户进行信息处理的；路由器则是用来转发分组，即分组交换的。 分组交换时最重要的就是知道路由器之间是怎样连接起来的。 路由器转发分组的过程时，往往把单个的网络简化成为一条链路，而路由器成为核心部分的结点。

报文交换基于存储转发原理

三种交换方式在数据传送阶段的主要特点：

电路交换——整个报文的比特流连续的从源点直达终点。 报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部储存下来后查找转发表，转发到下一个结点 分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，储存下来后查找转发表，转发到下一个结点。

1.4 计算机网络在我国的发展

1989年11月我国第一个公用分组交换网CNPAC建立运行 9个全国范围的功用计算机网络： 中国公用计算机互联网 CHINANET 中国教育和科研计算机网 CERNET 中国科学技术网 CSTNET 中国联通互联网 UNNET

中国网通公用互联网 CNCNET

中国国际经济贸易互联网 CIETNET 中国移动互联网 CMNET 中国长城互联网 CGWNET 中国卫星集团互联网 CSNET

1.5 计算机网络的类型

1.5.1 计算机网络的定义

将各地各种计算机连接在一起实现资源共享的计算机集合叫做 计算机网络 （也可以说是一些相互连接的，自治的计算机的集合）。

1.5.2 几种不同类型的网络

不同作用范围的网络

广域网 WAN 广域网的作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也称为远程网。

城域网 MAN 城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至几个城市，其作用

距离约为 5~50 km。

局域网 LAN （也可以称为校园网或企业网）局域网一般用微型计算机或者工作站通过高

速通信线路相连（速率通常为10 Mb/s 以上），但地理上则局限在较小的范围（如 1 km 左右）。

个人区域网 PAN 个人区域网就是在个人工作地方把属于个人使用的电子设备（如便携式电

脑）用无线技术连接起来的网络，因此也称为无线个人区域网 WPAN，其范围大约在 10 m 左右。

不同使用者的网络

（1） 公用网 <公众网> （2）专用网 公用网和专用网都可以传送多种业务 用来把用户介入到因特网的网络

这种网络就是接入网 AN ，它又称为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

1. 速率

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。

网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据的速率，他也称为数据率或比特率

速率的单位是b/s（比特每秒）（或bit/s），有时也写为bps

2. 带宽

带宽有两种意义：

（1） 带宽是指某个信号具有的频带宽度，带宽的单位是赫

（2） 在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，这种带宽的

单位是“比特每秒”，即b/s

3. 吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络的数据量。 时延

时延是指数据（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。时延是个很重要的性能指标，它有时也称为延迟或迟延。

（1） 发送时延 发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧

的第一个比特算起，到帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。因此，发送时延也叫做传输时延。发送时延的计算公式：

发送时延 = 数据帧长度（b）/ 发送速率（b/s）

（2） 传播时延 传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延的

公式是：

传播时延 = 信道长度（m）/ 电磁波在信道上的传输速率（m/s） （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 分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要

现在输入队列中排队等待处理。

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

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

在ARPANET设计时即提出了分层的方法

1974年，美国的IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA，这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。

使各种计算机在世界范围内互联成网的标准框架即著名的 开放系统互连参考基本模型OSI/RM 简称为OSI。（OSI是一种理想境界）

得到最广泛应用的不是法律上的国际标准OSI。而是非国际标准TCP/IP。这样，TCP/IP就常被称为是事实上的国际标准。

1.7.2 协议与划分层次

为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议。网络协议也可简称为协议。网络协议主要有以下三个要素组成： （1） 语法 即数据与控制信息的结构或格式

（2） 语义 即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应 （3） 同步 即事件实现顺序的详细说明 分层带来的好处：

（1） 各层之间是独立的 （2） 灵活性好 （3） 结构上可分开 （4） 易于实现和维护 （5） 能促进标准化工作

计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构

体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

1.7.3 具有五层协议的体系结构

OSI是七层协议体系结构，TCP/IP是一个四层的体系结构，综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/wa2h.html