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概述

计算机网络定义与分类

计算机网络的定义

• 计算机网络(Computer network)的简单定义:计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合
• 网络的功能:
  • 连通性
  • 资源共享
• 计算机网络与分布式系统
  • 在分布式系统中，一组独立的计算机展现给用户的是一个统一的整体，就好像是一个系统似的
  • 计算机网络则没有这种统一性
  • 分布式系统建立在网络之上

计算机网络分类

• 按作用范围(或覆盖范围)分类

  • 广域网 WAN (Wide Area Network):作用范围几十到几千公里

  • 局域网 LAN (Local Area Network) :通常局限在一个建筑物或一个单位内

  • 城域网 MAN (Metropolitan Area Network):作用范围通常是一个城市,常采用局域网技术建立

  • 个人区域网 PAN (Personal Area Network) :在个人工作区域实现各种电子设备互连的网络，常用无线技术，因此又称为

    WPAN(Wireless PAN)，作用范围大约在10m左右

• 从网络的使用者进行分类

  • 公用网 (public network)
  • 专用网 (private network)

计算机网络与Internet发展概述

计算机网络发展的几个阶段

• 主机-终端时代(20世纪50—60年代)

  • 计算机以大型主机形式存在
  • 终端通过专用线路或通信网络连接到主机上，实现多用户远程共享主机计算资源

• 主机互连时代(20世纪60–70年代)

  • 分布在各地的大型主机通过通信网络实现互连
  • 1969年，ARPANET建立

• 网络时代(20世纪70年代之后)

  • 1978年，TCP/IP协议诞生
  • 1983年，ARPANET采用TCP/IP协议
  • 加州大学伯克利分校推出内含TCP/IP的BSD UNIX
  • 80年代起，以IBM PC为代表的微机大量普及，微机之间的互连需求推动了局域网技术的发展
  • 随后局域网间互连需求又推动了Internet的快速发展

Internet发展概述

• 第一阶段：ARPANET->网际互联发展

  • 1969年，ARPANET由美国国防部高级研究计划局(ARPA—Advanced Research Project Agency)建立，冷战产物

  • 1983年，ARPANET采用TCP/IP协议，使得所有遵从TCP/IP的计算机可以通过该网络互连

• 第二阶段：建成三级结构的Internet

  • 1985年，美国国家自然科学基金会NSF(National Science Foundation)以 6个大型计算机中心为基础建立NSFNET
  • 网络分为主干网、地区网和校园网(或企业网)
  • NSFNET覆盖了美国主要大学和研究机构，主要服务于科研教学

• 第三阶段：形成多层次ISP结构的Internet

  • 1993年起，多个商用Internet主干网逐渐替代了NSFNET
  • IP地址、域名管理等均交由专门企业运营
  • 商业化极大地推动了Internet的发展，进而形成了目前的Internet格局

  Internet特指现在的互联网(又名因特网)，internet指多个网络互联形成的网络。

计算机网络的性能

性能指标

• 速率

  • 传送数据的速率，即数据速率(data rate)或比特率(bit rate)
  • 单位：b/s，也写为bps (bit per second)，kb/s、Mb/s、Gb/s、 …

• 带宽(bandwidth)

  • 有两种含义
    • 原本指某个信号具有的频带宽度，如电话线上信号带宽为3.1kHz(300—3.4kHz)；通信线路允许通过的信号频带范围称为线路带宽
    • 计算机网络中，指通信线路传送数据的能力，即最高数据率

• 吞吐量(throughput)

  • 单位时间内通过网络的数据量
  • 常用做实际网络的测量指标

• 时延(delay, latency)

  • 指数据从网络(或链路)一端传送到另一端所需的时间，又称为延迟
  • 网络时延由多个部分组成
    • 发送时延
    • 传播时延
    • 处理时延
    • 排队时延

• 时延带宽积(与滑动窗口息息相关)

  • 时延带宽积 = 传播时延×带宽
  • 又称为以比特为单位的链路长度

• 往返时间(RTT —> Round-Trip Time)

  • 又称为环路时延、回路时延
  • 从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的应答所经历的时间

• 利用率

  • 包括信道利用率和网络利用率
  • 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)
  • 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值

非性能指标

费用 质量 标准化 可靠性 可扩展性和可升级性 易于管理和维护

计算机网络体系结构

网络体系结构概述

• 计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合
• 分层原因：实现信息在网络中传输非常复杂，分层是将复杂问题简单化、局部化的有效方法
  • 传输介质：有线(铜线、光纤)、无线
  • 连接到网络中的计算机硬软件平台各不相同
  • 通信双方距离可长可短(可能需经过多条链路)
  • 需保证信息传输的可靠性、顺序性
  • 需满足各种应用的需要：文件传输、电子邮件、实时多媒体、…
• 典型的网络体系结构
  • 1974年，IBM SNA(System Network Architecture)
  • 1977年，ISO开始制订OSI(Open System Interconnection Reference Model)，1983年形成标准
  • TCP/IP

具有七层和五层协议的体系结构

• 协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)：对等层次之间传送的数据单位
• 有些文献将多个层次的协议称为协议栈(protocol stack)

实体、协议、服务和服务访问点

• 若干概念
  • 实体(entity)：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程
  • 协议(protocol)：控制两个对等实体进行通信的规则的集合
  • 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务(service)；要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务
  • 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP(Service Access Point)
  • 协议对上层的服务用户是透明的，服务用户只能看到下层提供的服务
• 协议的设计不但要考虑正常情况，还要考虑各种异常情况，较为复杂

TCP/IP的体系结构

网络标准化

概述

• 标准化对于计算机网络至关重要
  • 要实现不同厂商的硬、软件之间的互连，大家必须遵从统一的标准
• 标准的分类
  • 法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准
  • 事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准。如TCP/IP

标准化组织

• ITU-T

  • 国际电信联盟电信委员会(International Telecommunication Union)，前身是国际电报电话咨询委员会(CCITT)
  • 各国按条约建立的机构，主要成员是各国的邮电部，主要负责制定电信行业的标准

• ISO

  • 国际标准化组织(International Standard Organization)
  • 义务性组织，主要成员是各大公司技术人员、大学教授、政府官员。
  • 负责各行业的标准制定，主要贡献：ISO/OSI RM

• IEEE

  • 电子、电气学工程师学会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
  • 专业性组织，学术团体，主要贡献：IEEE 802系列局域网标准。

• IETF

  • Internet工程任务组(Internet Engineering Task Force)

  • 负责Internet相关标准的制定

  • 标准形式：RFC xxxx，RFC指Request for Comment