計算機網路

簡介：計算機網路是計算機技術和通訊技術相互滲透密切結合而形成的交叉學科

計算機網路在資訊時代中的作用

1. 21 世紀的時代特徵：數字化、網路化、資訊化。
2. 是一個以網路為核心的資訊時代。
3. 網路現在已經成為資訊社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎

三大網路

電信網路：（電話、電報及傳真）
有線電視網路：（電視節目）
計算機網路：（計算機之間傳送資料檔案）

internet與Internet的區別

以小寫字母 “i” 開始的 internet（互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網路通過路由器互連而成的網路。
以大寫字母 “I” 開始的的 Internet（網際網路）則是一個專用名詞，它特指當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連線而成、覆蓋全球的特定計算機網路

Internet 中文譯名

因特網：官方譯名，但卻長期未得到推廣；
網際網路：這是目前流行最廣的、事實上的標準譯名

什麼是網際網路及其基本特點？

網際網路是由數量極大的各種計算機網路互連起來而形成的網路。

網際網路兩個重要基本特點

連通性
共享

網際網路+

指“網際網路 + 各個傳統行業”。
特點：把網際網路的創新成果深度融合於經濟社會各領域中，從而大大地提升了實體經濟的創新力和生產力。

集線器、交換機、路由器

集線器(Hub)

工作在物理層，將一些機器連線起來組成一個區域網。
集線器為共享式頻寬工作方式。
集線器發出資料以廣播方式傳送到每個介面。

交換機(Switch）

工作在資料鏈路層，主要用於連線計算機等網路終端裝置。

路由器

把資料從一個網路傳送到另一個網路，這個過程就叫路由。
路由器(Router)–工作在網路層，連線不同的網段並且找到網路中資料傳輸最合適的路徑。

網際網路的組成

網際網路的核心部分是由許多網路和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在網際網路的邊緣部分。
網際網路核心部分中的路由器之間一般都用高速鏈路相連線，而在網路邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連線。
主機的用途是為使用者進行資訊處理的，並且可以和其他主機通過網路交換資訊。路由器的用途則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。

網際網路的邊緣部分

主機之間通訊的含義

主機 A 和主機 B 進行通訊”實際上是指：
“主機 A 的某個程序和主機 B 上的另一個程序進行通訊”。簡稱為“計算機之間通訊”
程序指正在執行者的程式。
主機之間的通訊方式通常可劃分為兩大類：
客戶-伺服器方式（C/S）：Client/Server
例：瀏覽網頁
對等方式（P2P ）：Peer-to-Peer
例：QQ傳送檔案

網際網路的組成

(1) 邊緣部分：由所有連線在網際網路上的主機組成。用來進行資源共享和通訊。
(2) 核心部分：由網路和路由器組成。為邊緣部分提供服務（連通性和交換）

網際網路的核心部分

交換
“交換”(switching)的含義就是轉接：把一條線路轉接到另一條線路，使它們連通起來。從通訊資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。
在計算機網路及通訊系統中常談到的交換方式
電路交換（CS: Circuit Switching）
報文交換（MS: Message switching）
分組交換（PS: Packet Switching）

電路交換過程

電路交換(circuit switching)是指按照需求建立連線並允許專用這些連線直至它們被釋放的一個過程。
電路交換分為三個階段：
建立連線 通訊 釋放連線

特點：
在通話的全部時間內，通話的兩個使用者始終佔用端到端的通訊資源
線路的傳輸效率很低

報文交換

報文交換是以報文為資料交換的單位，報文攜帶有目標地址、源地址等資訊，在交換結點採用儲存轉發的傳輸方式。

優點
不獨佔線路，提高了通訊線路的利用率。
可以支援多點傳輸（一個報文傳輸給多個使用者，例：電子郵件系統（E-mail））

缺點
經歷儲存、轉發這一過程，從而引起時延
要求網路中每個結點有較大的儲存空間
如果傳輸錯誤，需重傳整個報文

分組交換

分組交換（PS:packet switching）是以分組為資料交換的單位，在交換結點採用儲存轉發的傳輸方式。

在傳送端，先把較長的報文劃分成較短的、
固定長度的資料段

分組交換帶來的問題

時間：分組在各結點儲存轉發時需要排隊，這就會造成一定的時延。
空間：分組必須攜帶的首部（裡面有必不可少的控制資訊）也造成了一定的開銷。

計算機網路在我國的發展

到目前為止，我國陸續建造了基於網際網路技術的並能夠和網際網路互連的多個全國範圍的公用計算機網路，其中規模最大的就是下面這五個：
(1) 中國電信網際網路 CHINANET（也就是原來的中國公用計算機網際網路）
(2) 中國聯通網際網路 UNINET
(3) 中國移動網際網路 CMNET
(4) 中國教育和科研計算機網 CERNET
(5) 中國科學技術網 CSTNET

計算機網路有多種類別

1.從網路的作用範圍進行分類
廣域網 WAN (Wide Area Network)：作用範圍通常為幾十到幾千公里。
都會網路 MAN (Metropolitan Area Network) ：作用距離約為5 ~ 50 公里。
區域網 LAN (Local Area Network) ：侷限在較小的範圍（如 1 公里左右）。
個人區域網 PAN (Personal Area Network) ：範圍很小，大約在10 米左右
2.從網路的使用者進行分類
公用網 (public network)
按規定交納費用的人都可以使用的網路。因此也可稱為公眾網。
專用網 (private network)
為特殊業務工作的需要而建造的網路
3.用來把使用者接入到網際網路的網路
接入網 AN (Access Network)指骨幹網路到使用者終端之間的所有裝置。
其長度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱為"最後一公里"。
由於骨幹網一般採用光纖結構，傳輸速度快，因此，接入網便成為了整個網路系統的瓶頸。
接入網的接入方式包括銅線（普通電話線）接入、光纖接入、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入和無線接入等幾種方式。
接入網本身既不屬於網際網路的核心部分，也不屬於網際網路的邊緣部分。

計算機網路的效能

計算機網路的效能指標

速率位元（bit）是計算機中資料量的單位，一個位元就是二進位制數字中的一個 1 或 0。
速率指的是資料的傳送速率，它也稱為資料率 (data rate)或位元率 (bit rate)。
速率的單位是 bit/s，或kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。
速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際執行速率
頻寬
表示網路中某通道傳送資料的能力。表示在單位時間內網路中的某通道所能通過的“最高資料率”。單位是 bit/s ，即“位元每秒”。
吞吐量
在單位時間內通過某個網路（或通道、介面）的資料量。
在單位時間內通過某個網路（或通道、介面）的資料量。
吞吐量受網路的頻寬或網路的額定速率的限制。
時延
時延 (delay 或 latency) 是指資料（一個報文或分組，甚至位元）從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。
有時也稱為延遲或遲延。
網路中的時延由以下幾個不同的部分組成：
(1) 傳送時延
(2) 傳播時延
(3) 處理時延
(4) 排隊時延
時延頻寬積
往返時間 RTT
利用率

計算機網路的非效能特徵

一些非效能特徵也很重要。它們與前面介紹的效能指標有很大的關係。主要包括：
費用
質量
標準化
可靠性
可擴充套件性和可升級性
易於管理和維護

計算機體系結構

計算機網路體系結構的形成

法律上的 (de jure) 國際標準 OSI 並沒有得到市場的認可。
非國際標準 TCP/IP 卻獲得了最廣泛的應用。TCP/IP 常被稱為事實上的 (de facto) 國際標準。

協議與劃分層次

網路協議 (network protocol)，簡稱為協議，是為進行網路中的資料交換而建立的規則、標準或約定。

1. 一種是使用便於人來閱讀和理解的文字描述。
2. 另一種是使用讓計算機能夠理解的程式程式碼。

具有五層協議的體系結構

計算機網路的體系結構 (architecture) 是計算機網路的各層及其協議的集合。
體系結構就是這個計算機網路及其部件所應完成的功能的精確定義。
實現 (implementation) 是遵循這種體系結構的前提下用何種硬體或軟體完成這些功能的問題。
體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在執行的計算機硬體和軟體。

應用層：直接為使用者的應用程序提供服務；HTTP、SMTP等協議；資料單元為報文。
運輸層的任務就是負責兩個主機中程序之間的通訊提供資料傳輸服務；TCP、UDP等協議，資料單元為報文段、使用者資料報。
網路層負責為分組交換網上的不同主機提供通訊服務；IP等協議；資料單元為分組(IP資料報、資料報)
資料鏈路層將網路層交付下來的資料報組裝成幀並傳送。
物理層的任務就是傳送位元流；資料單元為位元。

實體、協議、服務和服務訪問點

實體 (entity) 表示任何可傳送或接收資訊的硬體或軟體程序。
協議是控制兩個對等實體進行通訊的規則的集合。
在協議的控制下，兩個對等實體間的通訊使得本層能夠向上一層提供服務。
要實現本層協議，還需要使用下層所提供的服務。

協議和服務在概念

協議的實現保證了能夠向上一層提供服務。
本層的服務使用者只能看見服務而無法看見下面的協議。即下面的協議對上面的服務使用者是透明的。
協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通訊的規則。
服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間介面提供的。
上層使用服務原語獲得下層所提供的服務

服務訪問點

同一系統相鄰兩層的實體進行互動的地方，稱為服務訪問點 SAP (Service Access Point)。
服務訪問點SAP是一個抽象的概念，它實際上就是一個邏輯介面。
OSI把層與層之間交換的資料的單位稱為服務資料單元 SDU (Service Data Unit)。
SDU 可以與 PDU 不一樣，例如，可以是多個 SDU 合成為一個 PDU，也可以是一個 SDU 劃分為幾個 PDU。

TCP/IP 的體系結構

實際上，現在的網際網路使用的 TCP/IP 體系結構有時已經發生了演變，即某些應用程式可以直接使用 IP 層，或甚至直接使用最下面的網路介面層。