计算机网络——第一章计算机网络概述

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计算机网络------第一章计算机网络概述

一、引言

计算机网络作为信息时代的重要基础设施，已经深入到我们生活的方方面面。从简单的文件传输到复杂的分布式计算，计算机网络支撑着现代社会的数字化进程。本章将对计算机网络的基本概念、组成、结构以及性能指标进行详细的介绍和总结。

二、计算机网络基础

1、计算机网络的定义

计算机网络是由若干自治的计算机通过通信线路相互连接起来的系统，它允许计算机之间进行数据交换和资源共享。自治意味着网络中的计算机没有主从关系，它们是平等的，可以独立运行。

2、网络的组成

计算机网络主要由以下两部分组成：

网络边缘：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。网络边缘的设备可以是个人电脑、智能手机、服务器等。
网络核心：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，负责数据的传输和路由选择。

三、互联网概述

1、互联网的基本概念

互联网是全球最大的计算机网络，它将世界各地的计算机网络通过统一的协议连接起来，实现了全球范围内的资源共享和信息交流。

2、互联网的发展历程

互联网的发展经历了从单个网络ARPANET向互联网发展的过程，形成了多层次ISP结构的互联网。这一发展过程体现了互联网从军事用途到民用，再到全球普及的历史轨迹。

四、计算机网络的类别与性能

1、网络的分类

计算机网络可以根据其覆盖范围和使用场景被分为广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（LAN）和个人区域网（PAN）。

2、网络性能指标

网络的性能可以通过以下指标进行衡量：

速率：指数据的传输速率，通常以比特每秒（bps）为单位。
带宽：表示网络中某通道传送数据的能力，即单位时间内网络中某信道所能通过的最高数据率。
时延：包括发送时延、传播时延、处理时延和排队时延，是衡量网络性能的重要指标。
吞吐量：指单位时间内通过某个网络的实际数据量。

五、计算机网络体系结构

计算机网络体系结构是一组定义网络中设备如何连接以及如何通信的规则和协议。体系结构不仅定义了数据交换的规则，还定义了不同设备之间交互的层次。

1、体系结构的概念

体系结构是网络设计的蓝图，它将网络通信划分为若干层次，每一层都负责不同的功能。体系结构的目的是简化网络设计，使其更加模块化，易于理解和实现。

1.1、分层的好处

模块化：每一层可以独立于其他层进行开发和测试。
灵活性：技术可以在不影响其他层的情况下更新和改进。
标准化：不同厂商的设备可以在同一体系结构下互联互通。
易于理解：将复杂问题分解为若干小问题，简化了学习过程。

1.2、分层模型

分层模型将网络通信划分为若干层次，每个层次提供特定的服务。以下是两种常见的分层模型：

OSI七层模型

开放系统互联（OSI）模型是一个理论上的七层网络体系结构，包括：

物理层：负责在物理媒介上传输原始的比特流。
数据链路层：负责在相邻网络节点之间传输帧，处理MAC地址和错误检测与修正。
网络层：负责数据包从源到目的地的传输和路由选择。
传输层：负责提供端到端的数据传输服务，确保数据的完整性和可靠性。
会话层：负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。
表示层：负责数据的表示、安全和压缩。
应用层：为应用程序提供网络服务。

TCP/IP四层模型

传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）模型是互联网的基础，包括：

链路层：与OSI模型的物理层和数据链路层相对应，负责在物理媒介上传输数据帧。
网络层：与OSI模型的网络层相对应，负责数据包的传输和路由选择。
传输层：与OSI模型的传输层相对应，负责提供端到端的数据传输服务。
应用层：与OSI模型的会话层、表示层和应用层相对应，负责为应用程序提供网络服务。

2、协议与服务

每一层都通过协议来定义设备如何通信。协议是控制两个对等实体进行通信的规则集合。每一层不仅定义了协议，还定义了服务。服务是下层向上层提供的功能，使得上层无需关心下层的具体实现细节。

2.1、协议的三要素

语法：数据与控制信息的结构或格式。
语义：需要发出的控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
时序：事件的顺序，通话的速度。

2.2、服务访问点

服务访问点（SAP）是相邻层之间进行交互的接口。每一层通过SAP请求下层的服务，并将服务提供给上层。

六、总结

计算机网络作为现代通信技术的核心，不仅支撑着全球的信息交流，也是数字化社会的基础。了解计算机网络的基本概念、组成、结构和性能指标对于我们深入理解网络技术、设计和优化网络系统具有重要意义。

参考文章：

计算机网络——第一章 计算机网络概述

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