計算機網絡（謝希仁）— 第一章-計算機網絡概述【一】

（一）、計算機網絡在信息時代中的作用

• 21世紀重要特徵就是數字化、網絡化和信息化，它是一個以網絡爲核心的信息時代。
• 其中有三大類網絡：電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡。但是發展最快的並起到核心作用的則是計算機網絡
• 互聯網具有兩個重要的基本特點：連通性和共享。

（二）、互聯網概述

2.1 網絡的網絡

• 計算機網絡（簡稱爲網絡）由若干節點（node）和連接這些節點的鏈路（link）組成。
• 網絡把許多計算機連接在一起，而互連網則把許多網絡通過路由器連接在一起。與網絡相連的計算機常稱爲主機。

2.2 互聯網基礎結構發展的三個階段

1. 第一階段是從單個網絡ARPANET向互連網發展的過程。
   ①、以小寫字母i開始的internet (互連網)是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的計算機網絡。在這些網絡之間的通信協議(即通信規則)可以任意選擇，不一定非要使用TCP/IP協議。
   ②、以大寫字母I開始的Internet (互聯網，或因特網)則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡相互連接而成的特定互連網，它採用TCP/IP協議族作爲通信的規則，且其前身是美國ARPANET.
   

• 任意把幾個計算機網絡互連起來(不管採用什麼協議) ,並能夠相互通信，這樣構成的是一個互連網(internet)，而不是互聯網(Internet)。

2. 第二階段的特點是到建成了三級結構的互聯網。
   
   它是一個三級計算機網絡分爲主幹網、地區網和校園網(或企業網)。
3. 第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結構的互聯網。
   

（三）、互聯網的組成

從互連網的工作方式上看，可以劃分爲兩大塊：

• 邊緣部分：由所有連接在互連網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。
• 核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是爲邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。
  

3.1 互連網的邊緣部分

• 處在互聯網邊緣的部分就是連接在互聯網上的所有的主機。這些主機又稱爲端系統(end system)。
• 端系統在功能上可能有很大的差別:
  ①. 小的端系統可以是一臺普通個人電腦，具有上網功能的智能手機，甚至是一個很小的網絡攝像頭。
  ②. 大的端系統則可以是一臺非常昂貴的大型計算機。
  ③. 端系統的擁有者可以是個人，也可以是單位(如學校、企業、政府機關等)，當然也可以是某個ISP。

1. 端系統之間通信的含義
   即"主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信"。簡稱爲"計算機之間通信”。
2. 端系統之間的兩種通信方式
   ①.客戶-服務器方式(C/S方式)即Client/Server方式，簡稱爲C/S方式。
3. 客戶端軟件的特點：
   ●被用戶調用後運行，在打算通信時主動向遠地服務器發起通信(請求服務)。因此，客戶程序必須知道服務器程序的地址。
   ●不需要特殊的硬件和很複雜的操作系統。
4. 服務器軟件的特點：
   ●一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。
   ●系統啓動後即自動調用並一直不斷地運行着,被動地等待並接受來自各地的客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址。
   ●一般需要強大的硬件和高級的操作系統支持。客戶與服務器的通信關係建立後，通信可以是雙向的，客戶和服務器都可發送和接收數據。
5. 對等連接方式的特點：
   ●對等連接方式從本質上看仍然是使用客戶服務器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又是服務器。
   ②.對等方式(P2P方式)即Peer to- Peer方式簡稱爲P2P方式。

3.2 互連網的核心部分

• 網絡核心部分是互聯網中最複雜的部分。

• 網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何-個主機都能夠向其他主機通信(即傳送或接收各種形式的數據)。

• 在網絡核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

• 路由器是實現分組交換(packet switching)的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

• 典型交換技術包含：①電路交換②分組交換③報文交換；其中互連網的核心部分採用了分組交換技術。

3.2.1 電路交換的主要特點

• N部電話機兩兩直接相連,需N(N-1)/2對電線。這種直接連接方法所需要的電線對的數量與電話機數量的平方(N2)成正比。
• 電路交換必定是面向連接的。
• 電路交換分爲三個階段:
  ①.建立連接:建立一條專用的物理通路，以保證雙方通話時所需的通。電路交換的用戶始終佔用端到端的通信資源
  信資源在通信時不會被其他用戶佔用;
  ②.通信:主叫和被叫雙方就能互相通電話;
  ③.釋放連接:釋放剛纔使用的這條專用的物理通路(釋放剛纔佔用的所有通信資源)。
• 交換機：當電話機的數量增多時，就要使用交換機來完成全網的交換任務。

3.2.3 分組交換的主要特點

• 分組交換則採用存儲轉發技術。
• 在發送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數據段。

1. 收到分組後剝去首部：
   
2. 最後，在接收端把收到的數據恢復成爲原來的報文。
3. 分組交換的傳輸單元
   ①、每一個分組的首部都含有地址(諸如目的地址和源地址)等控制信息。
   ②、分組交換網中的結點交換機根據收到的分組首部中的地址信息，把分組轉發到下一個結點交換機。
   ③、每個分組在互聯網中獨立地選擇傳輸路徑。
4. 分組交換：
   ①、核心部分的路由器把網絡互連起來。
   ②、核心部分中的網絡可用一條鏈路表示。
5. 分組交換帶來的問題

• 分組在各結點存儲轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。
• 分組必須攜帶的首部也造成了一定的開銷。

6. 分組交換示意圖
   

3.2.4 路由器

• 若要連續傳送大量的數據，且其傳送時間遠大於連接建立時間，則電路交換的傳輸速率較快。
• 報文交換和分組交換不需要預先分配傳輸帶寬，在傳送突發數據時可提高整個網絡的信道利用率。
• 由於一個分組的長度往往遠小於整個報文的長度，因此分組交換比報文交換的時延小，同時也具有更好的靈活性。

3.3 幾種不同的網絡

1. 按照網絡的作用範圍進行分類：

• 廣域網WAN(Wide Area Network):作用範圍通常爲幾十到幾幹公里。
• 城域網MAN(Metropolitan Area Network):作用距離約爲5~50公里。
• 局域網LAN(Local Area Network) :侷限在較小的範圍(如1公里左右)
• 個人區域網PAN(Personal Area Network):範圍很小大約在10米左右

2. 按照網絡的使用者進行分類：

• 公用網(public network)：按規定交納費用的人都可以使用的網絡。因此也可稱爲公衆網。
• 專用網(private network)：爲特殊業務工作的需要而建造的網絡。

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