1.计算机网络概述

1. 计算机网络概述

1.1 作用

计算机网络在信息时代中的作用：21世纪是以数字化、网络化、信息化为重要特征的信息时代，作为信息的最大载体和传输媒介，网络已成为这个信息时代的核心基础

1.2 定义与分类

1.2.1 定义

简单定义：硬件（独立和连接）+软件（协议）+目的（共享和通信）

计算机网络就是以传输信息为基本目的，用通信线路和通信设备将多个计算机连接起来的计算机系统的集合

1.2.2 分类

按网络覆盖范围进行分类

局域网（Local Area Network,LAN，一个实验室、一幢楼、一个校园）
城域网（Metropolitan Area Network,MAN，几个街区甚至整个城市，5-50 km）
广域网（Wide Area Network,WAN，覆盖一个国家或地区甚至几个洲，也称为远程网）
个人区域网（Personal Area Network,PAN，10 m以内）

按网络的使用者进行分类

公用网（所有愿意缴纳费用的人都能使用）
专用网（专门为本单位的特殊业务工作建造的，例如，军队、铁路、电力等系统）

1.3 互联网概述

1.3.1 网络的网络

网络

网络由若干节点（Node）和连接这些节点的链路(Link)组成

节点：可以是计算机、集线器、交换机、路由器

互连网络（internet，通用名词，注意和 Internet互联网区分）

将网络用路由器连接起来就成了互连网络，因此互连网络是网络的网络
总结：网络把许多计算机连接在一起，而互联网络则把许多网络连接在一起

互联网（Internet，也称因特网）

当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议作为通信规则，前身是美国的阿帕网（ARPANet）

边缘部分：用户直接使用的
核心部分：为边缘部分提供服务的

1.3.2 互联网结构发展的三个阶段

第一阶段：从单个网络ARPANET向互连网络发展
第二阶段：逐步建成三级结构的互联网
第三阶段：逐渐形成多层次的ISP结构的互联网

1.4 电路交换和分组交换

1.4.1 电路交换

这种必须经过

建立连接（分配通信资源）

通信（一直占用通信资源）

释放连接（归还通信资源）

三个步骤的交换方式称为电路交换

电路交换：电路交换是指在通信开始之前，建立一条专用的物理连接，然后在通信过程中一直占用这条连接，直到通信结束。在这个过程中，数据被分成固定大小的数据包，每个数据包都被分配一个专用的物理通路。

优点：传输速度快

缺点：连接建立需要时间，且连接一旦建立就无法被其他通信使用（效率很低）

1.4.2 报文交换

整个报文传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

缺点：转发时延高

1.4.3 分组交换

我们通常把要发送的整块数据称为一个报文（Message）

发送报文之前，先将报文划分为一个个更小的等长的数据段，在数据段前面加上首部（又称为包头）就构成了分组（又称为包）
分组交换：分组交换是指将报文分成较小的数据包，每个数据包都带有目标地址 和源地址等信息，然后通过网络传输。在传输过程中，每个数据包都独立传输，可以通过不同的路径到达目的地，由于每个分组交换机都是先存储下来再转发出去，因此该方法被称为存储转发方式

1.5 计算机网络的主要性能指标

1. 速率

数据的传输速率，也称为数据率、比特率 1字节(byte)=8比特(bit)

单位是 bit/s 或 bps ,比特是数据量的单位，是一个二进制数字(0或1)

一般来说，表示速率时
k = 1 0 3 k = 10^{3} k=103

表示数据时
k = 2 10 k = 2^{10} k=210

2. 带宽

带宽本来是指某个信号具有的频带宽度，表示通信线路允许通过的信号频带范围,单位为赫兹
计算机网络中，带宽表示网络某通道传输能力，即最高数据率,单位为比特每秒（bit/s）

3. 吞吐量

也称为吞吐率，表示单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量

4.时延

时延是指数据从网络的一端传送到另外一端所需要的时间，也称为延迟或迟延

网络中的时延通常由以下几个不同的部分组成：

发送时延：主机或路由器将整个分组的所有比特发送到通信线路上所需要的时间
发送时延 = 分组长度发送速率发送时延 = \frac{分组长度}{发送速率} 发送时延=发送速率分组长度

传播时延：是电磁波在信道中传播一定距离所花费的时间
传播时延 = 信道长度电磁波在信道上的传播速度传播时延 = \frac{信道长度}{电磁波在信道上的传播速度} 传播时延=电磁波在信道上的传播速度信道长度

处理时延：主机或路由器在收到分组时处理分组花费的时间（一般不方便计算）