计算机网络
计算机网络
第一章：计算机网络体系结构
1、计算机网络概述
①概念：计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
②计算机网络的组成：
从组成部分来看，完整的计算机网络主要由硬件、软件、协议三部分组成。
| 组成 | 定义 |
|---|---|
| 硬件 | 主要由主机（端系统）、通信链路（双绞线、光纤）、交换设备（路由器、交换机）、通信处理机（网卡）组成 |
| 软件 | 主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件（如网络操作系统、邮件收发系统、FTP系统、聊天程序等），主要部分属于应用层 |
| 协议 | 协议是计算机网络的核心，协议规定网络传输数据时所遵循的规范 |
从工作方式上看，计算机网络（主要指Internet，即因特网）可分为边缘部分和核心部分
| 组成 | 定义 |
|---|---|
| 边缘部分 | 由所有连接到因特网、供用户使用的主机组成，用于通信和资源共享 |
| 核心部分 | 由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘服务提供连通性和交换服务 |
从功能组成上看，计算机网络由通信子网和资源子网组成
| 组成 | 定义 |
|---|---|
| 通信子网 | 由各种传输介质、通信设备和网络协议组成，实现联网计算机之间的数据通信 |
| 资源子网 | 实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供硬件资源、软件资源和数据资源的服务 |
③计算机网络的功能
- 数据通信
- 资源共享
- 分布式处理
- 提供可靠性
- 负载均衡
④计算机网络的分类
按分布范围分类
- 广域网（WAN）：直径几十千米到几千千米，使用
交换技术，也称远程网，是因特网的核心 - 城域网（MAN）：直径5~50km，多采用
以太网技术 - 局域网（LAN）：直径几十到几千米，使用
广播技术 - 个人局域网（PAN）：直径约10米，也称
无线个人局域网（WPAN）
按传输技术分类
- 广播式网络
- 点对点网络
按拓扑结构分类
- 总线形网络：用单根传输线把计算机连接起来
- 优点：建网容易、增/减结点方便、节省线路
- 缺点：重负载时通信效率不高，总线任意一处对故障敏感
- 星形网络：每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连
- 优点：便于集中控制和管理
- 成本高、中央设备对故障敏感
- 环形网络：所有计算机接口设备连接成一个环
- 网状网络
- 优点：可靠性高
- 缺点：控制复杂、线路成本高
按使用者分类
- 公用网
- 专用网
按交换技术分类
交换技术是指各台主机之间、各通信设备之间或主机与通信设备之间为交换信息所采用的数据格式和交换装置的方式
- 电路交换网络
- 定义：在源结点和目的结点之间建立一条专用的通道用于传送数据，包括
建立连接、传输数据和断开连接三个阶段 - 优点：数据直接传送、时延小
- 缺点：线路利用率低，不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制
- 定义：在源结点和目的结点之间建立一条专用的通道用于传送数据，包括
- 报文交换网络
- 定义：用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，然后封装成报文，也称
存储-转发网络 - 优点：充分利用线路容量，实现差错控制
- 缺点：增大资源开销、增加缓存时延、缓冲区难以管理
- 定义：用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，然后封装成报文，也称
- 分组交换网络
- 也称
包交换网络，将数据分成较短的固定长度的数据块，每个数据块加上目的地址、源地址等信息组成分组（包），以存储-转发方式传输 - 优点：充分利用线路容量，实现差错控制、缓存易于管理、包的平均时延更小、易于标准化。目前主流网络基本可视为分组交换网络
- 也称
按传输介质分类
- 无线：蓝牙、微波、无线电等
- 有线：双绞线网络、同轴电缆网络
⑤*计算机网络的标准化工作
因特网的所有标准都以RFC(Request For Comments)的形式在因特网发布
负责指定、实施相关网络标准的标准化组织主要如下：
- 国际标准化组织（ISO）
- 国际电信联盟（ITU）
- 国际电气电子工程师协会（IEEE）
⑥计算机网络的性能指标
1）宽带（Bandwidth）：表示网络的通信线路所能传送数据的能力，单位比特/秒（b/s）
2）时延（Delay）：指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的总时间，它有四部分组成：发送时延、传播时延、处理时延和排队时延
- 发送时延 = 分组长度/信道宽度
- 传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
- 处理时延
- 排队时延
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
3）时延带宽积：指发送端发送的第一个比特即将到达终点是，发送端已经发出多少比特 时延带宽积 = 传播时延 × 信道带宽
4）**往返时延（Round-Trip time, RTT)**：从发送端发出一个端分组，到发送端收到来自接收端的确定，总共经历的时延
5）吞吐量（Throughput）：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
6）速率（Speed）：网络的速率指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据传输速率、数据率或比特率，单位 b/s、bit/s、bps、kb/s、Mb/s、Gb/s，计算机网络中，最高数据传输速率称为带宽
7）信道利用率：信道利用率 = 有数据通过时间/(有 + 无)数据通过时间