计算机网络概述

Posted by 令德湖周杰伦 on 03-02,2020

互联网

Internet的中文译名并不统一,第一个是因特网,是全国科学技术名词审定委员会推荐的,但没有得到长期的推广。第二个是互联网,是目前最流行、事实上的标准译名。
internet和Internet的区别:
internet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。二Internet是一个专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络互相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,且其前身是美国的APPANET
互联网之所以能够向用户提供许多服务,就是因为互联网具有两个重要的特征:连通性共享

一、网络

  1. 计算机网络(简称为网络)由若干节点和连接这些节点的链路组成,节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
  2. 网络之间还可以通过路由器互连起来,这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网路,称为互连网(而不是互联网),即网络的网络。
  3. 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称为主机

二、互联网基础结构发展阶段

  1. 从单个网络APPANET向互连网发展的过程
  2. 建成了三级结构的互联网,分为主干网、地区网和校园网(或企业网)
  3. 逐渐形成了多层次ISP结构的互联网,ISP(互联网服务提供者)

互联网交换点(Internet Exchange Point)的主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组,而不是再通过第三个网络来转发分组。例如,两个地区ISP通过一个IXP连接起来,这样主机A和主机B交换分组时,就不必再经过最上层的主干ISP,而是通过IXP之间用高速链路对等地交换分组。

三、互联网的组成

互联网的拓扑结构虽然复杂,并且在地理上覆盖了全球,但从工作方式上分为边缘部分核心部分

边缘部分

  1. 由多有连接在互联网上的主机组成,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。
  2. 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机,这些主机又称为端系统。
  3. 端系统之间的通讯方式通常可以划分为两大类:C/S方式和P2P方式。其中P2P为对等连接,即不区分哪个是服务请求方或者服务提供方。

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),使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信。
在网络核心部分中起特殊作用的是路由器(一种专用计算机),它是实现分组交换的关键构件,任务是转发收到的分组。为了弄清分组交换,必须先了解电路交换。

  1. 电路交换:让每一部电话都连接到交换机上,而交换机使用交换的方法,让电弧用户彼此之间可以很方便地通信,交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源,电路交换的特点就是:在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。当使用电路交换来传送计算机数据时,其线路的传输效率往往很低。
  2. 分组交换:采用存储转发技术,表示把一个报文划分为几个分组后再进行传送,通常我们把发送的整个数据块称为一个报文。在每一个数据段前面,加上一些由必要的控制信息组成的首部(包头)后,就构成了一个分组(包)。分组是在互联网中传送的数据单元,在首部中包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一个分组才能在互联中独立地选择传输路径,并被正确地交付到分组传输的终点。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息,以便创建和动态维护路由器中的转发表,使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

分组交换的特点:

  1. 高效:在分组传输的过程中,动态分配传输宽带,对通信链路是逐段占用
  2. 灵活:为每一个分组独立地选择最合适的转发路由
  3. 迅速:以分组作为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
  4. 可靠:保证可靠性的网络协议,分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性。

分组交换的问题:

  1. 分组在各路由器存储转发时需要排队,会造成一定延时
  2. 各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销,整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。

四、计算机网络的性能

性能指标

  1. 速率: 数据传输速率,也称为数据率或比特率,单位bit/s(bps),如1bit/s、40Gbit/s。
  2. 宽带:本来是指某个信号具有的频带宽度,在计算机网络中,表示网络中某通道传送数据的能力,表示在单位时间内通过的最高数据率。
  3. 吞吐量
  4. 时延:发送延时、传播延时、处理延时和排队延时,对于高速网络链路,我们提高的是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。
  5. 时延带宽:时延带宽积 = 传播延时 * 带宽,又称为以比特为单位的链路长度。
  6. 往返时间RTT
  7. 利用率:信道利用率是指某通道有百分之几的时间是被利用的(有效数据通过),网络利用率是指全网络的通信利用率的加权平均指。

非性能指标

  1. 费用
  2. 质量
  3. 标准化
  4. 可靠性
  5. 可扩展性和可升级
  6. 易于管理和维护

五、计算机网络体系结构

在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据就必须遵守一些事先约定好的规则,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。包括:语法、语义和同步。
计算机网络的各层及其协议的集合就是网络中的体系结构,体系结构是抽象的,而实现规则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。

五层协议

  1. 应用层:任务是通过进程间的交互来完成特定网络应用。
  2. 运输层:负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务,有TCP和UDP。
  3. 网络层:为分组交换网上的不同主机提供通信服务。或称为网际层和IP层。
  4. 数据链路层
  5. 物理层:才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流

实体、协议、服务

  1. 实体:表示任何可以发送或者接受信息的硬件或者软件过程。
  2. 协议:控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合。
  3. 在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议,还需要使用下面一层所提供的服务。
  4. 协议是水平的,服务是垂直的。