1 簡單匯總

1 計算機網絡在信息時代中的作用

2 互聯網概述

1) 網絡的網絡

2)互聯網基礎結構發展的三個階段

3 互聯網的組成

1) 邊緣部分

2) 核心部分

4 計算機網絡的類別

1) 按照網絡的作用范圍進行分類

2) 按照網絡的使用者進行分類

5 計算機網絡性能

計算機網絡的性能指標

1)速率

2) 帶寬

3) 吞吐量

4) 時延

5) 時延帶寬積

6) 往返時間RTT

7) 利用率

計算機網絡的非性能指標

(1)費用

(2)質量

(3)標準化

(4)可靠性

(5)可擴展性和可升級性

(6)易于管理和維護

2 主要介紹

2.1計算機網絡在信息時代中的作用

三大類網絡：電信網絡、有線電視網絡、計算機網絡；Internet是由數量極大的各種計算機網絡互連起來的；互聯網之所以能夠向用戶提供許多服務，就是因為互聯網具有連通性和共享。連通性，就是互聯網使上網的用戶之間不管相距多遠，都可以非常便捷、非常經濟地進行各種信息交換，好像這些用戶終端彼此直接連通一樣；共享，資源共享的含義是多方面的，可以是信息共享、軟件共享，也可以是硬件共享。

2.2互聯網概述

2.2.1網絡的網絡

起源于美國的互聯網現已發展成為世界上最大的覆蓋全球的計算機網絡。計算機網絡（后簡稱為網絡）：由若干結點和連接這些結點的鏈路組成。網絡中的結點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。網絡之間還可以通過路由器互連起來，構成一個覆蓋范圍更大的計算機網絡；這樣的網絡稱為互連網；因此，互聯網是網絡的網絡。網絡把許多計算機連接在一起，而互聯網則把許多網絡通過路由器連接在一起，與網絡相連的計算機常稱為主機。

2.2.2互聯網基礎結構發展的三個階段

第一階段：從單個網絡ARPANET向互連網發展的過程。1983年TCP/IP協議成為ARPANET上的標準協議。所有使用TCP/IP協議的計算機可以相互通信，所以1983年為互聯網誕生的時間。internet（互連網）：一個通用名詞，泛指多個計算機網絡互連而成的計算機網絡。通信協議可任意選擇，不固定。Internet（互聯網）：一個專用名詞，指當前全球最大的、開放的、由眾多網絡相互連接而成的特定互連網，它采用TCP/IP協議族作為通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。

第二階段：特點為建成了三級結構的互聯網。80年代中期，為了滿足各大學及政府機構為促進其研究工作的迫切要求，美國國家科學基金會（National Science Foundation，簡稱NSF）在全美國建立了6個超級計算機中心。1986年7月，NSF資助了一個直接連接這些中心的主干網絡，并且允許研究人員對Internet進行訪問，以使他們能夠共享研究成果并查找信息。最初，這個NSF主干采用的是56Kbps的線路，到1988年7月，它便升級到1.5M bps線路。這個主干網絡就是NSFNET。它是一個三級計算機網絡，分為主干網、地區網和校園網（或企業網）。

第三階段：逐漸形成了多層次ISP結構的互聯網。互聯網服務提供者ISP（Internet Service Provider）又稱為互聯網服務提供商。ISP向互聯網管理機構申請到IP地址+通信線路+路由器等設備，個人只要向ISP交納規定的費用，就可以獲得所需IP的使用權，并通過ISP接入到互聯網。ISP分為：主干ISP，地區ISP，本地ISP互聯網交換點（IXP），允許兩個網絡直接相連并交換分組，而不需要第三個網絡來轉發分組。

2.3 互聯網的組成

從其工作方式上，分成兩大部分：

邊緣部分：由互聯網上的主機組成，是用戶直接使用的部分，用來進行通信和資源共享

核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成，是為邊緣部分提供服務的，提供連通性和交換

2.3.1邊緣部分：

端系統：主機

計算機之間的通信：主機A上的進程與主機B上的進程進行通信

端系統間通信方式：

1 客戶-服務器方式：

概述：是最常用與傳統的方式，一方請求服務，一方提供服務，通信可以是單向的，也可以是雙向的

客戶和服務器：指通信中涉及的兩個應用進程

主要特征：客戶是服務請求方，服務器是服務提供方

主要特點：

客戶程序：

(1)用戶調用后，在通信時主動向遠地服務器發起通信(請求服務)。因此，客戶程序必須知道服務器程序的地址

(2)不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統

服務器程序：

(1)是一種專門提供服務的程序，可同時處理多個客戶的請求

(2)系統啟動后即自動調用不斷運行，被動等待接受客戶的通信請求。因此，服務器程序不需要知道客戶程序的地址

(3)一般需要強大的硬件和操作系統支

2 對等連接方式(P2P)：

概述：兩臺主機不區分服務器和客戶，只要都運行p2p軟件，就可以進行平等對等連接通信，雙方都可訪問對方硬盤中的共享文檔。可支持大量對等用戶同時工作

2.3.2核心部分

路由器的重要性：路由器是一種專用計算機，是實現分組交換的關鍵部件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能

交換：按照某種方式動態分配傳輸線路的資源

三種交換方式：

(1)電路交換：

工作方式：在兩用戶端間建立一條專用的物理通路，保證了雙方通信所需的通信資源，而這些資源在雙方通信時也不會被其他用戶占用

三個步驟：建立連接(占用通信資源)->通話(一直占用通信資源)->釋放連接(歸還通信資源)

重要特點：在通話的全部時間內，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源

(2)報文交換：

特點：整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發表，轉發給下一個結點

(3)分組交換：

工作方式：采用存儲轉發技術，把一個報文劃分為幾個分組后進行傳送

報文：要發送的整塊數據

分組：把較長的報文分成更小的等長數據段，再加上必要的控制信息組成的首部后，就構成一個分組；分組又稱包，分組的首部又稱包頭

首部的重要性：包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息，使每一個分組才能獨立的選擇傳輸路徑，并正確交付到終點

存儲轉發技術：路由器收到分組后，先暫時存儲，檢查其首部，查找轉發表，按照首部中目的地址，選擇合適的接口轉發出去

優點：

高效：在分組傳輸過程動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路逐段占用

靈活：為每個分組獨立選擇最合適的轉發路由

迅速：以分組為單位傳輸，不用建立和釋放連接

可靠：保證可靠性的網絡協議；分布式多路由器的分組交換網，有很好的生存性

三種交換的特點概述：

(1)電路交換：整個報文的比特流連續的從源點直達終點，好像在管道中傳送

(2)報文交換：整個報文先傳送到相鄰結點，全部存儲下來后查找轉發表，轉發給下一個結點

(3)分組交換：單個分組傳送到相鄰結點，存儲下來后查找轉發表，轉發給下一個結點

2.3.2互聯網的核心部分

網絡核心部分是互聯網中最復雜的部分，因為網絡中的核心部分要向網絡邊緣中的大量主機提供連通性，使邊緣部分中的任何一臺主機都能向其他主機通信。在網絡核心部分起特殊作用的是路由器，它是一種專用計算機（但不叫主機）。路由器是實現分組交換的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。

分組交換分組交換采用存儲轉發技術。表示把一個報文劃分為幾個分組后再進行傳送。通常我們要把發送的整塊數據稱為一個報文。在發送報文之前，先把較長的報文劃分成一個個更小的等長數據段，在每一個數據段前面加上一些由必要的控制信息組成的部首后，就構成了一個分組。位于網絡邊緣的主機和位于網絡核心部分的路由器都是計算機，但它們的作用卻很不一樣。主機是為用戶進行信息處理的，并且可以和其他的主機通過網絡交換信息。路由器則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。路由器收到一個分組，先暫時存儲一下，檢查其部首，查找轉發表，按照首部中的目的地址，找到合適的接口轉發出去，把分組交給下一個路由器。當我們討論互聯網的核心部分中的路由器轉發分組的過程時，往往把單個的網絡簡化成一條鏈路，而路由器成為核心部分的節點，如上圖所示。這種簡化圖看起來可以更加突出重點，因為雜轉發分組時最重要的就是要知道路由器之間是怎樣連接起來的。

分組交換的優點高效：在分組傳輸的過程中動態分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用靈活；為每一個分組獨立地選擇最合適的轉發路由迅速；以分組作為傳送單位，可以不先建立連接就能向其他主機發送分組可靠；保證可靠性的網絡協議；分布式多路由的分組交換網，使網絡有很好的生存性

2.4計算機網絡的類別

幾種不同類別的計算機網絡：

1.按照網絡的作用范圍進行分類

（1）廣域網WAN：作用的范圍通常為及時到幾千公里，因而有時也稱為遠程網。

（2）城域網 MAN：作用范圍一般是一個城市，其作用距離約為5~50KM。

（3）局域網 LAN：一般用微型計算機或工作站通過高速通信線路相連，在地理上局限于較小的范圍。

（4）個人區域網 PAN：就是在個人工作的地方把屬于個人使用的電子設備用無線技術連接起來的網絡，因此也常稱為無線個人區域網WPAN。

2.按照網絡的使用者進行分類

（1）公用網：指電信公司出資建造的大型網絡；按電信公司的規定繳納費用的人都可以使用的網絡。（2）專用網：某個部門為滿足本單位的特殊業務工作的需要而建造的網絡；這種網絡不向外部人員開放。

（3）用來把用戶接入互聯網的網絡這種網絡就是接入網AN（Access Network），它又稱為本地接入網和居民接入網。

2.5計算機網絡的性能

2.5.1計算機網絡的性能指標

1.速率網絡技術中的速率一般是指數據的傳送速率，也稱數據率或者比特率,單位是bit/s(bps),當提到網絡的速率時，往往指的是額定速率或標定速率。

2.帶寬網絡帶寬是指在單位時間內網絡中的某信道做能通過的“最高數據率”，單位也是bit/s.

3.吞吐量吞吐量表示在單位時間內通過某個網絡（信道、接口）的實際數據量。舉例來說，一個1Gbit/s的網絡，即額定速率時1Gbit/s，這也是吞吐量的上限。吞吐量還可以用每秒傳送的字節數或幀數表示。

4.時延時延是指數據從網絡的一段傳到網絡的另一端所需要的時間。分為以下幾個部分組成：

1）發送時延發送時延是主機或路由器發送數據幀所需要的時間，即從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個bit發送完畢為止。又叫做，傳輸時延。發送時延=數據幀長度（bit）/發送速率（bit/s）。

2）傳播時延傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。ps：電磁波在自由空間中傳播速率是光速3.0105km/s,在銅管中約為2.3*105km/s,在光纖中這個速度約為2.010^5km/s.

3）處理時延主機或者路由器在接收到數據之后需要話費一定的時間進行處理，如分析首部，提取數據，差錯檢驗，尋找路由。

4）排隊時延

定義：數據從網絡的一段傳送到另一端所需的時間；又稱延遲或遲延

組成：

(1)發送時延：是主機或路由器發送數據幀所需要的時間

發生位置：在機器內部的發送器中，即網絡適配器中，與信道長度無關

計算公式：

(2)傳播時延：是電磁波在信道中傳播一定距離所需要的時間

發生位置：在機器外部的傳輸信道媒體上，與信號的發送速率無關，只與信號傳送的距離有關

計算公式：

電磁波在在不同介質中傳播速率不同，在自由空間中為光速3*10^5 km/s；在銅線中為2.3*10^5 km/s；在光纖中為2.0*10^5 km/s

(3)處理時延：主機或路由器收到分組后處理分組所用的時間；如分析首部、提取數據、差錯檢驗、轉發路由查找等

(4)排隊時延：分組經過路由器時，在路由器中經歷輸入和輸出的排隊等待時間

發生位置：各中轉路由器中；取決于網絡的通信量，通信量很大時會發生隊列溢出，使分組丟失，相當于時延無限大

總時延=發送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延

5.時延帶寬積

時延帶寬積，又稱為以比特為單位的鏈路的長度。時延帶寬積 = 傳播時延*帶寬。

6.往返時間RTT

我們經常需要雙向交互一次所需要的時間。A向B發送數據，耗費了 發送時間 = 數據長度/發送速率；B接受完立即向A發送確認，假設A只有收到確認才能繼續向B發送數據，則需要等待一個RTT。這時 有效數據率 = 數據長度/(發送時間+RTT) 。

7.利用率

利用率分為信道利用率和網絡利用率，信道利用率是指某信道有百分之幾的時間是被利用的。網絡利用率是全網絡信道利用率的加權平均值。網絡時延和利用率的關系是 D=D0/1-U，其中D0是網絡空閑時的時延，U是利用率。因此有結論，信道或網絡的利用率過高會產生非常大的延時，ISP通常控制U<50%.

2.5.2 計算機網絡的非性能特征

1、費用（價格）

網絡的性能與網絡的價格息息相關。一般來說，網絡的速率越高，其價格越貴。

2、質量

網絡的質量取決于網絡中所有構件的質量，以及這些構件如何組成網絡。網絡的質量會影響到網絡的可靠性，網絡管理的簡易性，以及網絡的一些其他性能。

但網絡的性能和網絡的質量不是等同的。例如：性能還不錯的網絡運行一段時間后出現故障，變得無法工作，說明其質量不好。網絡的質量越好，價格往往也越貴。

3、標準化

網絡的硬件和軟件的設計即可以按照通用的國際標準，也可以遵循特定的專用的網絡標準。當然采用國際標準，可以得到更好的互操作性，更易于升級換代和維修，也更容易得到技術上的支持。

4、可靠性

可靠性與網絡的質量和性能有很大的關聯。速率更高的網絡，可靠性不一定會很差。但速率更高的網絡要想可靠地運行，往往很困難，所需的費用也很高。

5、可拓展性和可升級性

網絡的性能越好，其拓展（規模擴大）費用往往越高，升級難度（性能和版本的提高）也會相應增加。

6、易于管理和維護·

網絡如果沒有良好的管理和維護，就很難達到和保持所設計的性能。