1.1計算機網路概述

1.1.1計算機網路概念

計算機網路是一個將分散的、具有獨立功能的計算機系統，通過通訊裝置與線路連線起來，由功能完善的軟體實現資源共享和資訊傳遞功能。簡而言之，計算機網路就是一些互聯的、自治的計算機系統的集合。

1.1.2計算機網路的組成

• 從工作方式上劃分：邊緣部分+核心部分

邊緣部分：由所有連線到因特網上、供使用者直接使用的主機組成，用來進行通訊和資源共享。

核心部分：大量的網路和連線網路的路由器組成，為邊緣部分提供連通性和交換服務。

• 從組成部分上劃分：硬體、軟體、協議

硬體主要由主機、通訊鏈路（雙絞線、光纖）、交換裝置（路由器、交換機）和通訊處理機（網絡卡）組成。

• 功能組成上看：通訊子網+資源子網

1. 通訊子網：各種傳輸介質、通訊裝置和相應的網路協議組成，使網路具有資料傳輸、交換、控制和儲存的能力實現聯網計算機之間的資料通訊。
2. 資源子網：實現資源共享功能的裝置及其軟體的集合，向網路使用者提供計算機上的硬體資源、軟體資源、資料資源。

1.1.3 網路的功能

• 資料通訊
• 資源共享
• 分散式處理
• 提高可靠性
• 負載均衡

1.1.4計算機網路的分類

• 按分佈範圍分類

1. 廣域網（WAN）：覆蓋範圍幾十千米~幾千千米，是因特網的核心部分。連結廣域網的各節點交換機的鏈路一般都是高速鏈路，具有較大的通訊容量。
2. 都會網路（MAN）覆蓋範圍5~50km，可以跨越幾個街區甚至整個城市。都會網路大多采用乙太網技術因此有時也常併入區域網討論範圍。
3. 區域網（LAN）覆蓋範圍幾十米~幾千米。傳統上區域網使用廣播技術，而廣域網使用交換技術。
4. 個人區域網（PAN）覆蓋區域直徑10m

注意：若中央處理器之間距離非常近（如1m甚至更小），則一般稱為多處理系統，而不成為計算機網路。

• 按傳輸技術分類

1. 廣播式網路：所有聯網計算機都共享一個公共通訊通道。當一臺計算機利用共享通訊通道傳送報文分組時，其他計算機都會“收聽”這個分組。接收到該分組的計算機將將通過檢查目的地址來決定是否接收該分組。

​ 區域網基本都採用廣播式通訊技術，廣域網中的無線、衛星通訊網路也 採用分組技術。

2. 點對點網路：每條物理鏈路連線一對計算機。若通訊的兩臺主機之間沒有直接連線的線路，則它們之間的分組傳輸就要通過中間節點進行接收、儲存和轉發，直至目的結點。

注意：是否採用分組儲存轉發與路由選擇機制是點對點式網路與廣播式網路的重要區別，廣域網基本都屬於點對點網路。

• 按拓撲結構分類

網路拓撲結構是指由網路中結點（路由器、主機等）與通訊線路（網路）之間的幾何關係（匯流排形、環形）表示的網路結構，主要指通訊子網的拓撲結構。

按照網路的拓撲結構，分為匯流排形、星形、環形和網狀網路

1. 匯流排形網路：單根傳輸線把計算機連線起來。優點是建立網路容易、增、減結點方便、節省線路。缺點是重負載時通訊效率不高，匯流排任意一處對故障敏感。
2. 星形網路：每個終端或計算機都以單獨的線路與中央裝置相連。中央裝置早期是計算機，現在一般是交換機或路由器。優點是便於集中控制和管理，因為端使用者之間的通訊必須經過中央裝置。缺點是成本高、中心裝置對故障敏感。
3. 環形裝置：所有計算機介面裝置連線成一個環。環形網路最典型的例子是令牌環區域網。環可以是單環，可以是雙環，換種訊號是單向傳輸的。
4. 網狀網路：一般情況下，每個節點至少有兩條路徑與其他節點相連，多用在廣域網中。其有規則型和非規則型兩種。其優點是可靠性高，缺點是控制複雜，線路成本高。

• 按交換技術分類

交換技術是指個各主機之間、各通訊裝置之間或者主機與通訊裝置之間為交換資訊所採用的資料格式和交換裝置的方式。按交換技術可將網路分為如下幾種。

1. 電路交換網路：在源結點和目的節點之間建立一條專用的通路用於傳送資料，包括建立連線、傳輸資料和斷開連線三個階段。最典型的電路交換網是傳統電話網路。

   該網路的主要特點：整個報文的位元流連續從源點直達終點。

   優點：資料直接傳輸，時延小。

   缺點：線路利用率低，不能充分利用線路容量、不便於進行查錯控制。

2. 報文交換網路：使用者資料加上源地址、目的地址、校驗碼等輔助資訊，然後封裝成報文。整個報文傳送到相鄰節點，全波儲存後，在轉發給下一個節點，重複這一過程直到到達目的結點。每個報文可以單獨選擇到達目的節點的路徑。

​ 主要特點：珍格格報文先傳送到相鄰節點，全部儲存後查詢轉 發表，轉發到下一節點

​ 優點：可以較為充分的利用線路容量，可以實現不同鏈路之間不同資料傳輸速率的轉換，可以實現一對多、多對一的訪問，可以實現差錯控制，

​ 缺點：增大了資源開銷（如輔助資訊導致處理時間和儲存資源的開銷），增加了緩衝時延，需要額外的控制機制來保證多個報文的順序不亂序，緩衝區難以管理（報文大小不確定，接收方在接受到報文之前不能預知報文的大小）

3. 分組交換網路：也成包交換網路，其原理是，將資料額分成較短的固定長度的資料塊，在每個資料塊中加入目的地址、源地址等輔助資訊組成分組（包），以儲存-轉發方式傳輸。

   其主要特點：是單個分組（只是報文的一部分）傳送到相鄰節點，儲存後查詢轉發表，轉發到下一節點。

   除具有報文交換網路的優點外，分組交換網路還具有自身的優點：緩衝易於管理；包的平均時延更小，網路張勇的緩衝區更少；更易於標準化，更適應應用。現在主流網路基本上都可以視為分組交換網路。

• 按使用者分類

1. 公用網（Public Network）

   指電信公司出資建造的大型網路

2. 專用網路（Private Network）

   指某個部門為滿足單位特殊業務的需要而建造的網路。

• 按傳輸介質分類

  可以分為有線和無線兩大類。

  有線網路：雙絞線網路、同軸電纜網路

  無線網路：藍芽、微波、無線電

1.1.6計算機網路的效能指標

1. 頻寬（Bandwidth）：本來表示通訊線路允許通過的訊號頻帶範圍，單位赫茲（Hz）。而在計算機網路中，頻寬表示網路的通訊線路所能傳輸資料的能力，是數字通道所能傳送的“最高傳輸速率”的同義語，單位是位元/秒（b/s）。
2. 時延（Delay）。指資料（一個報文或分組）從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需要的總時間，有四部分構成：傳送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延。

• 傳送時延：結點將所有位元推向（傳輸）鏈路所需要的時間，即從傳送分組的是一個位元算起，到該分組的最後一個位元傳送完畢所需的時間，因此也叫傳輸時延

  傳送時延=分組長度/通道寬度

• 傳播時延：電磁波在通道中傳播一定距離需要花費的時間，即一個位元從鏈路的一端傳播到另一端的時間

  傳播時延=通道長度/電磁波在通道上的傳播速率

  總時延 = 傳送時延+傳播時延+處理時延+傳輸時延

注意：做題時，排隊時延和處理時延可以忽略不計，另外對於高速鏈路，提高的僅僅是資料傳送速率而非位元在鏈路上的傳播速率，減少傳送時延

3. 時延頻寬積。指傳送端傳送的第一個位元即將到達終點時，傳送端已經發出了多少個位元，因此又稱以位元為單位的鏈路長度，即時延頻寬積=傳播時延×通道寬度

4. 往返時延（Round-Trip Time，RTT）：指傳送端傳送方資料開始，到傳送端收到來自接收端的確認（接收端收到資料後立即確認），總共經歷的時延。在網際網路中，往返時延還包括各中間節點的處理時延、排隊時延即轉發資料時的傳送時延。

5. 吞吐量（Troughput）。指單位時間內通過某個網路（或通道、介面）的資料量。吞吐量受網路頻寬或網路額定速率的限制。

6. 速率（Speed）網路中的速率是指連線到計算機網路上的主機在數字通道上傳送資料的速率，也稱資料傳輸速率、資料率或者位元率，單位為b/s（位元/秒）（或者bit/s，有時寫成bps）。資料率較高時，可用kb/s、Mb/s或Gb/s

   在計算機網路中，通常把最高資料傳輸率稱為頻寬。

7. 通道利用率。指出某一通道有百分之多少的時間有資料通過的，即通道利用率=有資料通過時間/(有+無)資料通過時間。