21世纪的一些重要特征:数字化、网络化和信息化,是一个以网络为核心的时代。 三类熟悉的网络:
如何称呼 Internet?
注意:互联网 ≠互连网。互连网:局部范围互连起来的计算机网络。 互联网的 2 个重要基本特点
互联网+:指“互联网+各个传统行业”。把互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域。
计算机网络: 由若干节点和连接这些节点的链路组成。 节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
互连网: 多个网络通过一些路由器相互连接起来,即“网络的网络”。
主机:与网络相连的计算机,路由器是特殊计算机,但不是主机 主机可以在云里,也可以在云外:
网络:把许多计算机连接在一起。 互连网 (internet) ≠ 互联网 (Internet)
【第一阶段】 ARPANET:最初只是单个的分组交换网,不是互连网。 【互联网的雏形】 1983 年,TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。【互联网的诞生时间】 【第二阶段:构成了三级结构的互联网】 三级结构:主干网、地区网和校园网(或企业网)。
【第三阶段:出现了多层次的互联网服务提供者 ISP】 ISP:提供接入到互联网的服务,但需收取一定的费用。国内如中国电信、中国联通、中国移动等等。 理解:用户通过ISP购买的IP接入互联网。 多层次 ISP 结构: 主干 ISP、地区 ISP 和本地 ISP。
互联网交换点 IXP:允许两个网络直接相连并快速交换分组,不需第三个网络交换分组。 常采用交换机。 内容提供者:在互联网上向所有用户提供视频等内容的公司。
RFC:(请求评论)
从互联网的工作方式上看,可以划分为两大块:
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 。 端系统在功能上可能有很大差别:
理解:主机A和主机B进行通信是指:主机A的某个进程与主机B的另一个进程进行通信。 通信方式分成:
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。
客户程序
服务器程序
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。对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式,只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
核心部分:网络+路由器。 路由器:实现分组转发 典型交换技术包括:
互联网的核心部分采用分组交换技术。
问题:电线对的数量与电话机数量的平方(N2)成正比。
解决:电话交换机
电路交换特点:
这种必须经过“建立连接(占用通信资源)、通话(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。通话的两个用户始终占用端到端的通信资源 缺点: 通信线路的利用率很低,真正用来传送数据的时间往往不到 10%,甚至不到 1%,已被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的。
采用存储转发技术。 过程:
数据段前面添加首部就构成了分组
接收端收到分组后剥去首部,还原成原来的报文
路由器作用:分组转发:
分组交换的优点 优点 所采用的手段 高效 在分组传输的过程中动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。 灵活 为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。 迅速 以分组作为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。 可靠 保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性。 缺点:
类似分组转发,但转发的不是分组而是整个报文。
电路交换、报文交换和分组交换的主要区别
1994 年,中国教育和科研计算机网 CERNET (China Education and Research NETwork) 是我国第一个 IPv4 互联网主干网。 2004 年 2 月,我国的第一个下一代互联网 CNGI 的主干网 CERNET2 试验网正式开通,并提供服务。 试验网以 2.5~10 Gbit/s 的速率连接北京、上海和广州三个 CERNET 核心节点,并与国际下一代互联网相连接。 中国互联网络信息中心 CNNIC (ChiNa Network Information Center) 每年两次公布我国互联网的发展情况。 到 2019 年底,我国的国际出口带宽已超过 8.8 Tbit/s (1 Tbit/s = 103 Gbit/s)。
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。
按照网络的作用范围进行分类 类别 作用范围或距离 广域网 WAN 通常为几十到几千公里。有时也称为远程网. 城域网 MAN 作用范围一般是一个城市,作用距离约为 5~50 公里。 局域网 LAN 局限在较小的范围(如 1 公里左右)。 个人区域网 PAN 范围很小,大约 10 米左右。有时也称无线个人区域网。 按照网络的使用者进行分类 类别 作用范围或距离 公用网 按规定交纳费用的人都可以使用的网络。也可称为公众网。 专用网 为特殊业务工作的需要而建造的网络。 用来把用户接入到互联网的网络-接入网【又称为本地接入网或居民接入网】
性能指标*7:从不同的方面来度量计算机网络的性能。
速率(数据率或比特率):数据的传送速率,一般指额定速率或标称速率,非实际运行速率。 单位:bit/s,b/s,bps,或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。
【示例】
频域【传统通信】:如300Hz到3.4kHz
时域【计算机网络】:允许通过的最高数据率
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。
单位:bit/s,bit
时延(延迟或迟延):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。 单位:s 组成:
(1)发送时延: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。
(2)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:
注意:发送时延与传播时延有本质上的不同。 发送时延发生在机器内部的发送器中,与传输信道的长度(或信号传送的距离)没有关系。 传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上,而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远,传播时延就越大。 (3)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。 (4)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。
易错:
表示含义: 管道中的比特数表示从发送端发出但尚未到达接收端的比特数。 只有在代表链路的管道都充满比特时,链路才得到了充分利用。 单位:bit
表示从发送方发送完数据,到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。 【示例】
信道利用率 某信道有百分之几的时间是被利用的(即有数据通过)。 完全空闲的信道的利用率是零。 网络利用率 全网络的信道利用率的加权平均值。 问题:信道利用率越高越好吗? 不是。解答如下:
计算机网络体系结构
网络协议,简称为协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。 三个组成要素:
各层的主要功能 应用层:
运输层:
TCP与UDP
网络层:
两个具体任务:
数据链路层:
物理层: 任务:实现比特(0 或 1)的传输。确定连接电缆的插头应当有多少根引脚,以及各引脚应如何连接。
在数据链路层加上尾部
。
实体:表示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。
注意:协议和服务在概念上是不一样的
相邻两层之间的关系
协议很复杂,要应付所有异常情况
现在互联网使用的 TCP/IP 体系结构已经发生了演变,即某些应用程序可以直接使用 IP 层,或甚至直接使用最下面的网络接口层。
沙漏计时器形状的 TCP/IP 协议族
互联网中客户-服务器工作方式
同时运行多个服务器进程同时为多个客户进程提供服务