【网络原理】网络概述

1.1、互联网概述

1.1.1、互联网概述→Internet

1、网络：由若干结点和连接这些结点的链路组成；
2、结点：可以是计算机、集线器、交换机、路由器等；
3：网络与互联网之间的关系→网络计算机连在一起；互联网将许多网络连在一起
注意：internet 和 Internet 的区别

• internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。
• Internet（互联网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、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 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。

1.2、互联网组成

互联网的组成主要分两部分：

⑴、互联网的边缘部分（资源子网）

• ①.由所有连接在互联网上的主机组成；
• ②.主机A与主机B通信“实质上是主机A中的某个进程与主机B中的某个进程进行通信”；

⑵、互联网的核心部分（通信子网）

• 由大量网络和连接网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

1.2.1、互联网的边缘部分（资源子网）

网络边缘端系统中运行的程序之间的三种主要通讯方式：
1、C/S方式：服务器通常采用高性能的PC、工作站或小型机，并采用大型数据库系统，客户端需要安装专用的客户端软件。

• ①.客户机程序：客户程序主动向服务器发起通信请求，客户程序必须知道服务器地址.
• ②.服务器程序：提供某种服务，可同时处理多个客户请求，系统启动后一直不断运行着，被动接受客户请求.
• ③.服务器：是计算机的一种，它是网络上一种为客户端计算机提供各种服务（主要是共享服务）的高性能的计算机；
• ④.客户机：又称用户工作站，是用户与网络打交道的设备；
  总结：C/S优点是能充分发挥客户端PC的处理能力，对应的优点是客户端响应速度快。缺点主要是：①只适用于局域网、②客户端需要安装专用的客户端软件、③对客户端的操作系统一般也会有限制。
  2、P2P方式
• 对等连接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。
• 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。
• 对等连接方式的特点→从本质上看仍然是使用C/S方式，每一个主机既是客户又同时是服务器；

3、B/S模式（Brower/Server浏览器/服务器模式）→客户机上只要安装一个浏览器（Browser），服务器安装数据库。浏览器通过Web Server 同数据库进行数据交互。

• B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易。

1.2.2、互联网的核心部分（通信子网）

• 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
• 在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。
• 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。

1、电路交换：【效率较低，面向连接】
电路交换的特点

• 1.电路交换必定是面向连接的。
• 2.电路交换的三个阶段→建立连接→通信→释放连接；

2、报文交换：采用存储转发技术；【取消连接过程，根据转发表存储转发】

• 整个报文有一个报头，报头中含有目的地址和源地址等信息，通讯前不像电路交换那样先建立连接，通讯时整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后根据报头信息查找转发表，决定下一次转发到哪个结点，通讯结束时也没有释放连接过程；

3、分组交换：采用存储转发技术；

• 【在报文转发的基础上，将报文分组发送。会造成一定时延（分组排队）和空间开销（分组首部）】
• 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段，再加上必要控制信息组成的头部，即构成分组，各个分组可独立选路；为讨论方便，常把单个网络简化为一条链路，不必先建立链路；

1.3、计算机网络的类别

1.3.1、几种不同的类别的网络

• ⑴、按不同作用范围划分

广域网WAN（5000km） 
城域网MAN（50km）
局域网LAN（1km）   
个人区域网PAN（10m）

• ⑵、按不同使用者划分

公用网     
专用网 

• ⑶、本地接入网
• 接入网AN，它又称为本地接入网或居民接入网。
• 提供的接入网只是起到让用户能够与互联网连接，不属于边缘部分也不属于核心部分。是到第一个路由器的网络。

1.4、计算机网络的性能

1、速率：计算机网络上主机在数字信道上传输数据的速率；

单位b/s（bps），1Kb/s=103 bps ；1Mb/s=106 bps ；1Gb/s=109 bps；1Tb/s=1012 bps；

2、带宽→在计算机网络中带宽表示网络通信线路传送数据的能力，即单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。

3、吞吐量→单位时间内通过某个网络实际数据量；

4、时延→ 时延主要分以下几部分：

• ⑴、发送时延：主机线路由发送数据帧所需时间；
  
• ⑵、传播时延→电磁波在信道中传播一定的距离所需时间：
  
• ⑶、处理时延→主机线路由分析首部、提取数据部分、差错检测、路由选择等需花费的时间；
• ⑷、排队时延→在路由的输入队列中等待时间长度；
• 总时延＝发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

注意事项：

• 四种时延所产生的地方
  
• 容易产生的错误概念：

①.对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。
②.提高链路带宽减小了数据的发送时延。

【例题1.1】收发两端之间传播距离为1000KM，信号在媒体上传播速率为2×108m/s ，数据长度为107bit 数据发送率为100kb/s，试计算以下两种情况下发送时延和传播时延

解：传播时延均为106 /（2×108）=5*10-3(S)
   发送时延107 / 105=1*102(S)

5、时延带宽积→表示发送的第一个比特到达终点时已发送比特数；

时延带宽积＝传播时延×带宽

6、往返时间→从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认为止，共经历的时间长度；

7、利用率→主要是指“信道利用率” 和“网络利用率”

• 1、信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的。完全空闲的信道的利用率是零。
• 2、网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
• 注意：①.信道利用率并非越高越好。
  ②.时延D与网络利用率U之间存在以下关系：

若令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下

1.5、计算机网络体系结构

1.5.1、协议：为进行网络中数据交换而建立的规则标准或约定；

1.5.2、协议三要素:

• 1.语法：数据交换的格式与信息结构
• 2.语义：需要发出何种控制信息 完成何种动作
• 3.同步：事件实现顺序详细说明

1.5.3、体系结构→计算机网络的各层及其协议的集合；

这里主要讲TCP/IP五层结构

1.5.4、各层主要功能简介：

• 1.应用层：直接为用户应用进程服务
• 2.运输层：为两个主机中进程之间通信提供服务
• 3.网络层：将运输层报文封装后进行传送，并选择路由
• 4.数据链路层：在相邻两个主机间点对点传送
• 5.物理层：透明传输比特流

1.5.5、协议与服务的区别：

• 实体→任何可发送或接收信息的硬件或软件进程；
• 协议→控制两个对等实体进行通信的规则的集合；
• ①.协议的实现保证了向上层提供服务，下面的实体是透明的，上层只能看到下层服务，看不到协议
• ②.协议是水平的，而服务是垂直的【由下层向上层通过层间接口提供的】；