- 概述
（一）计算机网络在信息时代的作用(数字化、网络化、信息化)
- 信息时代：以网络为核心
- 三大类网络：电信网络、有线电视网络、计算机网络
电信网络：提供电话、电报及传真等服务
有线电视网络：向用户传送各种电视节目
计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件
eg:（发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。）
- Internet：全球最大、最重要的计算机网络
因特网：全国科技技术名词审定委员会推荐，但却长期未得到推广。
互联网：目前流行最广，事实上的标准译名。（已经成为社会最为重要的基础设施之一）
互连网：局部范围互连起来的计算机网络。（互联网 ≠互连网。）
互联网特点：连通性（connectivity）、资源共享（sharing）
连通性：使上网用户之间可以非常便捷、非常经济地交换各种信息，好像这些用户终端都彼此直接连通一样。
资源共享：实现信息共享、软件共享、硬件共享。由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样地方便使用。
考题：（1.互联网生活地位？）
（二）互联网概述
- 计算机网络：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、交换机或路由器等。
- 互连网（internetwork或internet）
多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。
"网络的网络"(network of networks)。
Eg（用"云"表示网络）
- 网络与互连网基础概念
网络：把许多计算机连接在一起。
互连网：把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。
互连网 (internet) ≠ 互联网 (Internet)
- 互联网基础结构发展的三个阶段
三个阶段：
第一阶段（1969-1990）->第二阶段（1985-1993）->第三阶段（1993-现在）
四个阶段：(若题目需要四个阶段)
第一阶段（1950）->第二阶段（1969-1990）->第三阶段（1985-1993）->
第四阶段（1993-现在）
第一阶段（1969-1990）：从单个网络 ARPANET 向互联网发展。
ARPANET：最初只是一个单个的分组交换网，不是一个互连网。
1983 年，TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。
1990 年，ARPANET 正式宣布关闭。
第二阶段（1985-1993）：建成了三级结构的互联网。
国家科学基金网 NSFNET。
三级结构：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为互联网中的主要组成部分。
第三阶段（1993-现在）：全球范围的多层次 ISP 结构的互联网。
出现了互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)：
提供接入到互联网的服务。
需要收取一定的费用。
多层次 ISP 结构：
主干 ISP、地区 ISP 和本地 ISP。
覆盖面积大小和所拥有的 IP 地址数目的不同
（三）互联网的组成
- 从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：
边缘部分： 由所有连接在互联网上的主机组成，由用户直接使用，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，为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）。
- 端系统
处在互联网边缘部分的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差别：
小的端系统：普通个人电脑、智能手机、网络摄像头等。
大的端系统：非常昂贵的大型计算机或服务器。
端系统的拥有者：可以是个人、单位、或某个 ISP。
端系统之间的两种通信方式：
客户/服务器方式：Client/Server方式（C/S方式）
对等方式：Peer to Peer方式 （P2P方式）
C/S方式：
客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方
客户程序:
被用户调用后运行，需主动向远地服务器发起通信（请求服务）。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。
服务器程序:
专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个客户请求。
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。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。
P2P对等方式
两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。
只要都运行了 P2P 软件，就可以进行平等的、对等连接通信。
- 计算机之间通信的含义
主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信。
- 互联网核心部分
交换技术包括：电路交换、分组交换、报文交换
（互联网核心部分采用分组交换技术）
电路交换
电路交换主要特点：通话的两个用户始终占用端到端的通信资源
电线对的数量与电话机数量的平方（N2）成正比。
交换switching的含义:
转接：把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。
从通信资源的分配角度来看，就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
电路交换的三个阶段：
建立连接：建立一条专用的物理通路（占用通信资源）。
通话：主叫和被叫双方互相通电话（一直占用通信资源）。
释放连接：释放刚才使用的专用的物理通路（归还通信资源）。
分组交换
分组交换的特点：
分组交换：采用存储转发技术
分组交换的问题：
排队延迟：分组在各路由器存储转发时需要排队。
不保证带宽：动态分配。
增加开销：各分组必须携带控制信息；路由器要暂存分组，维护转发表等。
报文交换：
在 20 世纪 40 年代，电报通信就采用了基于存储转发原理的报文交换 (message switching)。
但报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。
现在报文交换已经很少有人使用了
（四）计算机网络的类别
- 计算机网络的定义
计算机网络的精确定义并未统一。
较好的对计算机网络的定义：
（计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。）
- 几种不同的类别的计算机网络
按照网络的作用范围进行分类；
按照网络的使用者进行分类；
用来把用户接入到互联网的网络。
按照网络的作用范围进行分类；
按照网络的使用者进行分类；
用来把用户接入到互联网的网络。
（五）计算机网络的性能
- 计算机网络的性能指标
性能指标：从不同的方面来度量计算机网络的性能
重要的性能指标：速率、带宽、吞吐率、时延、时延带宽、往返时间、利用率
速率：
最重要的一个性能指标。
指的是数据的传送速率，也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。
单位：bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。
例如 4 ´ 1010 bit/s 的数据率就记为 40 Gbit/s。
速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。
千 = K = 210 = 1024，兆 = M = 220 = 1024 K，吉 = G = 230 = 1024 M
1 字节 (Byte) = 8 比特 (bit）
带宽：
频域
某个信号具有的频带宽度。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。某信道允许通过的信号频带范围称为该信道的带宽（或通频带）。
时域
网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的"最高数据率"。单位就是数据率的单位 bit/s。
两者本质相同。
一条通信链路的"带宽"越宽，其所能传输的"最高数据率"也越高。
吞吐量：
单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。
受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
额定速率是绝对上限值。
可能会远小于额定速率，甚至下降到零！
有时可用每秒传送的字节数或帧数来表示。
时延：
指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
有时也称为延迟或迟延。
组成：
- 发送时延
也称为传输时延。
是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
- 传播时延
是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间
电磁波传播速率：
自由空间的传播速率是光速 = 3.0 ⅹ 105 km/s
在铜线电缆中的传播速率约 = 2.3 ⅹ 105 km/s
在光纤中的传播速率约 = 2.0 ⅹ 105 km/s
- 处理时延
主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。
- 排队时延
分组在路由器输入输出队列中排队等待处理和转发所经历的时延。
排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。当网络的通信量很大时会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延为无穷大。
（六） 计算机网络体系结构
- 计算机网络体系结构的形成
分层设计方法：最初的ARPANET设计时提出了分层的设计方法，旨在将庞大而复杂的问题转化为若干较小的局部问题。
体系结构的发展：
IBM在1974年制定了系统网络体系结构SNA。
ISO在1983年形成了著名的ISO 7498国际标准，即七层协议的体系结构（OSI/RM）。
TCP/IP体系结构因其实用性和广泛性成为事实上的国际标准。
2 协议与划分层次
网络协议：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，包含语法、语义和同步三个组成要素。
层次式协议结构：复杂的计算机网络协议应采用层次式结构，各层之间独立且功能明确。
3 具有五层协议的体系结构
五层协议体系结构包括：应用层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。
应用层：
任务：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
协议：DNS、HTTP、SMTP等。
数据单元：报文(message)。
运输层：
任务：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。
协议：TCP（面向连接、可靠）、UDP（无连接、尽最大努力）。
数据单元：TCP为报文段(segment)，UDP为用户数据报。
网络层：
任务：为分组交换网上的不同主机提供通信服务，具体任务包括路由选择和转发。
协议：IP（无连接的网际协议）和多种路由选择协议。
数据单元：IP数据报（或简称为数据报）。
数据链路层：
任务：实现两个相邻节点之间的可靠通信，传送帧（frame）。
方法：采用可靠传输协议来纠正差错（会使协议复杂）。
物理层：
任务：实现比特（0或1）的传输。
内容：确定连接电缆的插头引脚数量和连接方式，不涉及具体物理媒体（如双绞线、同轴电缆等）。
4 实体、协议、服务和服务访问点
实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
服务：本层向上一层提供的通信能力，通过服务原语实现。
服务访问点(SAP)：相邻两层实体进行交互的地方，是一个逻辑接口。
服务数据单元(SDU)：层与层之间交换的数据单位，可以与协议数据单元(PDU)不同。
5 TCP/IP的体系结构
四层体系结构：应用层、运输层、网际层、网络接口层。
特点：
路由器在转发分组时最高只用到网际层。
某些应用程序可以直接使用IP层或网络接口层。
设计理念：网络核心部分越简单越好（IP over Everything）。
协议族：沙漏计时器形状的TCP/IP协议族，强调Everything over IP（IP层支持多种运输层协议）。
数据在各层之间的传递过程
数据在发送方从上层向下层传递，每层都加上自己的首部（和可能的尾部），形成该层的PDU。
数据在接收方从下层向上层传递，每层都去掉自己的首部（和可能的尾部），恢复出原始数据。
传递过程中，对等层之间通过水平虚线直接传递PDU。