计算机网络-谢希仁-第一章

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1.1 计算机网络在信息时代的作用

互联网具有两个重要特性 :

• 连通性
• 资源共享

1.2 互联网概述

1.2.1 网络的 网络

计算机网络(简称网络)由若干结点和链接它们的链路组成.网络的结点可以是计算机, 集线器, 交换机, 或路由器等.

如图 : 给出了一个具有四个结点和三条链路的网络.我们看到, 由三台计算机通过三条链路连接到一个集线器上, 构成了一个简单的计算机网络(简称网络).很多情况下, 我们可以用一个云表示一个网络.

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络. 这样的网络成为互连网, 因此互连网是"网络的网络".

习惯上, 与网络相连的计算机称为主机, 这样, 用云表示的互连网里面就只剩下许多路由器和连接这些路由器的链路了.

网络把许多计算机连接在一起, 而互连网则把网络通过路由器连接在一起. 与网络相连的计算机常成为主机.

1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段

第一阶段 : 从单个ARPPANET向互连网发展的过程

这里区分一下internet(互连网)与Internet(互联网,或因特网) .

前者是一个通用名词, 泛指多个计算机网络互相连接而成的计算机网络.

后者是一个专有名词, 指当前最大的, 开放的, 由众多网络连接而成的特定互联网, 它采用TCP/IP协议族作为通信规则, 前身是美国的ARPPANET.

第二阶段 : 建成了三级结构的互联网.

分为主干网, 地区网, 校园网.

第三阶段 : 逐渐形成了多层次ISP结构的互联网.

ISP : 互联网服务提供商.

ISP可以从互联网管理机构申请到很多IP地址, 同时拥有通信线路以及路由器等连网设备. 因此任何机构或个人只要向ISP缴费, 即可获取到IP地址的使用权, 并可通过ISP接入互联网. 所谓"上网"就是(通过ISP获得的IP地址)接入互联网.

现在的互联网不是单个组织拥有而是世界上无数大大小小的ISP共有, 这也是互联网是"网络的网络"的原因.

1.2.3 互联网标准化工作

1.3 互联网的组成

互联网从工作方式上可以分为两大块 :

1. 边缘部分 由所有连接在互联网上的主机组成. 这部分是用户直接使用的, 用来进行通信和资源共享.
2. 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).

1.3.1 互联网的边缘部分

处在互联网边缘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.

"主机A与主机B进行通信", 实际上上指"主机A的某个进程与主机B上的另一个进程通信".

在网络边缘的端系统之间通信方式可划分为两大类 : 客户 - 服务器方式 (C/S方式) 和对等方式 (P2P方式).

1.客户 - 服务器方式

客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程. 最主要的特征 : 客户是服务请求方, 服务是服务提供方.

客户程序 :

1. 被用户调用后运行, 在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.
2. 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统.

服务器程序 :

1. 是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.
2. 系统启动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地客户的请求. 因此, 服务器程序不需要知道客户程序的地址.
3. 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持.

2,对等连接方式

P2P是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务器哪一个是请求方, 只要两台主机都运行了对等连接软件, 它们就可以进行平等的, 对等连接通信.

1.3.2 互联网的核心部分

在网络核心部分起特殊作用的是路由器, 它是一种专用计算机. 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.

交换是指按照某种方式动态地分配传输线路的资源.

1.电路交换的特点

• 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.
• 线路的传输效率往往很低.

2.分组交换的特点

分组交换采用存贮转发技术, 如图, 把一个报文划分为几个分组后在进行传送.

通常把要发送的完整的整块数据称为一个报文. 在发送报文前, 先把较长的报文划分为一个个更小的等长数据段, 在每一个数据块前面, 加一些必要的控制信息组成的首部后, 就构成一个分组.

分组是在互联网中传送的数据单元, 分组中的"首部"很重要, 正是因为分组的首部包含了诸如目的的地址和源地址等重要控制信息, 每一个分组才能在互联网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.

互联网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成的, 而主机处在互联网的边缘部分, 在互联网核心部分的路由器一般都用高速链路连接, 而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路连接.

位于网络边缘的主机和位于网络核心的路由器都是计算机, 但它们的作用却很不一样. 主机是为用户进行信息处理的, 并且可以和其他主机通过网络交换信息. 路由器则是用来转发分组, 即进行交换分组的.

路由器收到一个分组, 先暂时存储起来, 检查其首部, 查找转发表, 按照首部中的目的地址, 找到合适的接口转发出去, 把分组交给下一个路由器. 这样一步一步地以存储转发的方式, 把分组交付给最终的目的主机. 各路由器之间必须经常交换彼此的路由信息, 以便创建和动态维护路由器的转发表, 使得转发表能在整个网络拓扑发送变化时及时更新.

交换分组在传送数据之前不必先占用一条端到端的链路的通信资源, 分组在哪段链路上传送才占用这段链路的通信资源.

1.4 计算机网络在我国的发展

1.5 计算机网络的类别

1.5.1 几种不同类型的计算机网络

1. 按照网络的作用范围分类

• 广域网 WAN
• 城域网 MAN
• 局域网 LAN
• 个人局域网 PAN

2. 按照网络使用者分类

• 公用网
• 专用网

1.6 计算机网络性能

1.6.1 性能指标

1.速率

2. 带宽

• 带宽本来是指信号具有的频带宽度.
• 在计算机网络中, 用来表示网络中某通道传送数据的能力, 即单位时间内某信道能通过的"最高数据率", 单位 bit/s.

3. 吞吐量

4. 时延

• 发送时延 (传输时延)
• 传播时延
• 处理时延
• 排队时延

1.7 计算机网络体系结构

1.7.1 计算机网络体系结构的形成

1.7.2 协议与划分层次

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, 计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精准定义.

体系结构是抽象的, 而实现是具体的, 是真正在运行的计算机硬件和软件.

1.7.3 五层协议的体系结构

1.应用层

应用层的任务是通过应用进程的交互来完成特定网络应用. 协议 : DNS, HTTP, SMTP ...

我们把应用层交互的数据单元称为报文.

2.运输层 (传输层)

运输层的任务的就是负责向两台主机中进程之间通信提供通用的数据服务. 由于一台主机可以同时运行多个进程, 因此运输层有复用和分用的功能, 复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务, 分用和复用相反, 是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程.

主要有两大协议 :

• 传输控制协议 TCP : 提供面向连接的, 可靠的数据传输服务, 其数据传输的单位是报文段,
• 用户数据报协议 UDP : 提供无连接的, 不保证可靠的数据传输服务, 其数据传输的单位是用户数据段.

3. 网络层

网络层负责为分组交换网上的不同的主机提供通信服务, 在发送数据时, 网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送,

网络层的另一个任务就是要选择合适的路由, 使源主机运输层所传下来的分组, 能够通过网络层中的路由器找到目的主机.

4. 数据链路层

在两个相邻的结点之间传输数据时, 数据链路层将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧, 在两个相邻的结点间的链路上传送帧, 每一帧包括数据和必要的控制信息.

5. 物理层

在物理层所传输的数据的单位是比特.

OSI 参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元 PDU.

我们提到的各层协议, 实际上是在各个对等层之间传递数据的各项规定.

1.7.4 实体, 协议, 服务和服务访问点

实体 表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程, 在许多情况下, 实体就是一个特定的软件模块.

协议是控制两个对等实体 (或多个实体) 进行通信的规则的集合.

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.

OSI 把层与层之间的交换的数据的单元称为服务数据单元 SDU.

协议是 "水平" 的, 服务是 "垂直" 的.

1.7.5 TCP / IP 体系结构

注意 : 路由器在转发分组时最高只到了网路层.

TCP / IP 协议族表明 : TCP / IP 可以为各式各样的应用提供服务, 同时它允许 IP 协议在各式各样的网络构成的互联网上运行.

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