计算机网络（谢希仁）— 第一章-计算机网络概述【一】

（一）、计算机网络在信息时代中的作用

• 21世纪重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。
• 其中有三大类网络：电信网络、有线电视网络和计算机网络。但是发展最快的并起到核心作用的则是计算机网络
• 互联网具有两个重要的基本特点：连通性和共享。

（二）、互联网概述

2.1 网络的网络

• 计算机网络（简称为网络）由若干节点（node）和连接这些节点的链路（link）组成。
• 网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。

2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

1. 第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。
   ①、以小写字母i开始的internet (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计算机网络。在这些网络之间的通信协议(即通信规则)可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。
   ②、以大写字母I开始的Internet (互联网，或因特网)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互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国ARPANET.
   

• 任意把几个计算机网络互连起来(不管采用什么协议) ,并能够相互通信，这样构成的是一个互连网(internet)，而不是互联网(Internet)。

2. 第二阶段的特点是到建成了三级结构的互联网。
   
   它是一个三级计算机网络分为主干网、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结构的互联网。
   

（三）、互联网的组成

从互连网的工作方式上看，可以划分为两大块：

• 边缘部分：由所有连接在互连网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。
• 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）。
  

3.1 互连网的边缘部分

• 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)。
• 端系统在功能上可能有很大的差别:
  ①. 小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头。
  ②. 大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。
  ③. 端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位(如学校、企业、政府机关等)，当然也可以是某个ISP。

1. 端系统之间通信的含义
   即"主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信"。简称为"计算机之间通信”。
2. 端系统之间的两种通信方式
   ①.客户-服务器方式(C/S方式)即Client/Server方式，简称为C/S方式。
3. 客户端软件的特点：
   ●被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信(请求服务)。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
   ●不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
4. 服务器软件的特点：
   ●一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
   ●系统启动后即自动调用并一直不断地运行着,被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
   ●一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。
5. 对等连接方式的特点：
   ●对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
   ②.对等方式(P2P方式)即Peer to- Peer方式简称为P2P方式。

3.2 互连网的核心部分

• 网络核心部分是互联网中最复杂的部分。

• 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-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(packet switching)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。

• 典型交换技术包含：①电路交换②分组交换③报文交换；其中互连网的核心部分采用了分组交换技术。

3.2.1 电路交换的主要特点

• N部电话机两两直接相连,需N(N-1)/2对电线。这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平方(N2)成正比。
• 电路交换必定是面向连接的。
• 电路交换分为三个阶段:
  ①.建立连接:建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需的通。电路交换的用户始终占用端到端的通信资源
  信资源在通信时不会被其他用户占用;
  ②.通信:主叫和被叫双方就能互相通电话;
  ③.释放连接:释放刚才使用的这条专用的物理通路(释放刚才占用的所有通信资源)。
• 交换机：当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。

3.2.3 分组交换的主要特点

• 分组交换则采用存储转发技术。
• 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。

1. 收到分组后剥去首部：
   
2. 最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
3. 分组交换的传输单元
   ①、每一个分组的首部都含有地址(诸如目的地址和源地址)等控制信息。
   ②、分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
   ③、每个分组在互联网中独立地选择传输路径。
4. 分组交换：
   ①、核心部分的路由器把网络互连起来。
   ②、核心部分中的网络可用一条链路表示。
5. 分组交换带来的问题

• 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
• 分组必须携带的首部也造成了一定的开销。

6. 分组交换示意图
   

3.2.4 路由器

• 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
• 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
• 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

3.3 几种不同的网络

1. 按照网络的作用范围进行分类：

• 广域网WAN(Wide Area Network):作用范围通常为几十到几干公里。
• 城域网MAN(Metropolitan Area Network):作用距离约为5~50公里。
• 局域网LAN(Local Area Network) :局限在较小的范围(如1公里左右)
• 个人区域网PAN(Personal Area Network):范围很小大约在10米左右

2. 按照网络的使用者进行分类：

• 公用网(public network)：按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。
• 专用网(private network)：为特殊业务工作的需要而建造的网络。

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