计算机网络学习笔记 – 第一章 概述

概述

争取两天一更

1.1 计算机网络在信息时代的作用

  • 常见的网络 : 电信网络,有线电视网,计算机网络,随着时代的发展,三网和一
  • 互联网的基本特征: 联通性(设备之间传递信息)和共享
  • 互联网是世界上最大的计算机网络,连接的设备亿为单位

1.2 互联网概述

  • 计算网络:由若干的节点 和连接这些的链路组成,节点可以是(计算机 集线器 交换机 和路由器) 链路可以是网线 例如:一个教室的计算机通过交换机,实现共享信息
  • 互连网(注意这里是连) 指的是上面的网络通过路由互连起来,构成了一个更大的计算机网络. 也可以成为成为网络的网络

图中蓝色的就是路由

  • 因特网 全球最大的互联网,使用TCP/IP 协议进行交流.

1.2.2 互联网基本结构发展的三个阶段

  1. 第一阶段: 单个网络ARPANET向互联网的发展 (上世纪60年代到80年代中期)分组交换就是ARPANET上的网络直接与就近的节点交换机连接.(并不是一个互连的网络)应该类似有上面提到的教室通过交换机来连接共享信息. 网络并不是开放的.交换机最著名的类型就是路由器和链路交换机
  • 1983集提出TCP/IP协议. 最初没有考虑安全性问题.IPv6考虑的安全性问题
  1. 第二阶段: 1985提出三级结构的Internet网络. 学校网->地区网->主干网 主干网大小45M
  2. 第三阶段: 多层次的ISP结构的互联网 .
  • ISP(internet Service Provider )互联网服务提供商 ,例如电信,移动
    简单说 会联网主机只有IP地址才能上网,IP地址相当于一个门牌号,数据才能找到地址. 而IP地址是由Ip管理结构管理. ISP申请到IP地址(很对,普通人不能申请到单个IP) ,用户通过租赁ISP手中的IP地址,实现上网.
  • ISP可以分为 主干ISP 地区ISP 和本地ISP.
    本地ISP连接地区ISP,地区ISP连接主干ISP.
    也就是所 A主机到B注意必须进过三个层次. 从本地->地区->主干->地区本地
    三个层次

    如果某个地区到某个地区流量比较的大,我们就直接地区->地区,不通过主干. 这就是IXP(互联网交换点 Internet eXchange Point) 直接在两个地区之间使用 高速链路对等地交分组.
  • 例如名称为DE-CIX,在德国的法兰克福吞吐量为5.869Tbit/s. 这个IXP已经是欧洲互联网的枢纽.
  • 中国的互联网分布
    中国四大骨干网与CHINANET八大节点

1.3 互联网的组成

  • 互联网的主机成为端系统

服务器也是互联网的边缘部分,服务器只是一个比较快的主机.只是互联网的使用者,而不是运行维护互联网.

互联网的边缘部分

主机之间的通行方式

  • 客户端服务器方式(C/S) 客户端请求服务器
  • 对等方式(P2P) 每个计算机都是客户端也是服务器.例如迅雷.占用上传宽带 .

计算机网络的核心部分

  1. 电路交换

座机使用电路连接. 理论使用两个线就可以实现端对端.但是座机多了,自然就是实现通过交换机来实现.交换机就是实现接线的过程. 电路交换适合于数据量很大的实时性传输.
端到端三个步骤: 建立连接(占用通信资源)->通话->释放连接(归还资源)
明显: 计算机对于这种连接比较的慢. 计算机发送数据不像打电话,且速度快.
2. 分组交换
分组交换采用的是存储转发技术.

  • 发送的数据被称为报文
    将报文划分为比较小的数据段,每个段在加上必要的描述信息构成一个分组.
    一般分组的首部包含了目的地址和源地址等重要的控制信息.
  • 主机一般是用户信息的处理.而路由器则用来转发分组的,进行分组交换. 路由器接受一个分组,先暂时存储一下,检查其首部得到目的地址,找的合适的接口转发出去.一步一步进过很多的路由代目的地. 首先,自然产生疑问,路由器是怎么知道转发的接口.其实路由器之间必须经常掌握的路由信息.以便创建和维护路由器中的转发表. 路由中存储的只是报表,真正的数据在内存中. 通过协议来实现数据的准确性
优点 所采用的手段
高效 在分组传输中动态分配宽带,对通信链路是逐段栈用
灵活 为每个分组独立的选择最适合的转发路线.
迅速 以分组为单位, 可以不建立就能向其他分组分组
可靠 保证可靠性的网络协议,分布式多路由分组交换网,使得网络有很好的生存型

问题:
可能产生较大的时延
3.报文交换
类似于分组交换,但是传输的数据是一个整体.

很明显报文交换是最慢的.报文交换类似于一条流水线完成所有的工作. 分组交换相当于每个公司负责一部分,在组装,类似并行.

1.4 其他一些计算器网络的分类

按照网络的作用范围分类

  • 广域网 (远程网) 是互联网的核心部分,用来连接国家.使用高速链路.具有较大的通行容量
  • 城域网(Metropolitan Area NetWork) 用来连接城市.5-50km.为共有设施. 城域网采用的以太网技术
  • 局域网(LAN) 类型企业网,校园网 速度10M/S以上.
    +个人区域网(PAN) 10m左右,一般使用无线技术来连接.

按照网络的使用分类

  • 公用网 电信公司出资建造的大型网络
  • 专用网 部门的特殊要求

计算机网络的性能指标

  1. 速率
    网络中速率指的是:计算机网络上的主机在数字信道上传输数据位数的速率. (信道指的是你到ISP服务器的一个通道. 同样的服务器到对应的ISP提供商的又是另一个信道)
  • bit/s
  • MB/s
  1. 带宽
    在计算机网络中,宽带用来表示网络中某信道传输数据的能力.也就是数字信道传送的最高数据率单位应该是 b/s kb/s Mb/s Gb/s.
    一般电信,联通说的宽带是用的是b而不是bit,8b=1bit.所以我们实际的速度要除以8. 100M宽带对应的速率 为100/8M/s
  2. 吞吐量
    表示在待你我时间内通过某个网络(或通道,接口)的实际的数据量.一般这种吞吐量以Gbit/s 为单位
  3. 时延
    就是网络存一个端口带内一个端口花费的时间.这是一个比较重要的指标.有时称为延迟或者迟延
    时延是由3个部分组成:
  • 发送时延 是主机或路由发送数据帧所需要的的时间.就是从第一个bit算起,到最后一个bit.发送完毕需要的时间. 简单一点就是火车出站需要的时间
    发送时延= (数据块的长度 比特) / 信道宽度(bit/s)
  • 传播时延 电磁波在信道中传播一定距离需要的时间 ,计算公式:
    传播时延: 信道长度(m)/ 电磁波在信道上的传播速率(m/s)
    发送时延时数据准备花费的时间(一般发生在网络适配器中),传播时延时传播过程花费的时间
  • 处理时延
    主机或路由在接受到分组要花费一定的时间进行处理.例如分析首部,从分组中提取数据,检验,寻找适合的路由.
  • 排队时延 在网络传输过程中,经过许多的路由器,但是进入路由器之后要在输入队列中等待被处理花费的时间.
    总的花费时间就是 总时延= 发送时延+ 传播时延+ 处理时延+ 排队时延.
    光纤的传播时延为20.5万公路,铜线的传播距离为23.5万公里.
    还有一些其他的指标
  • 时延带宽积
  • 往返时间RTT
  • 利用率

计算器网络体系的结构

同样计算机网络也有着程序设计的思想 模块化, 低耦合.
开放系统互联基本参考模型(OSI/RM) (Open Systems Interconnection Reference Model) 这是一个抽象的概念.在1983年形成了ORM的正式文件ISO 7498 国际标准.一共划分了7层
但是现在使用的是TCP/IP协议. 虽然是非国际标准,但是已经成为事实上的国际标准.TCP/IP协议没有使用OSI标准.
OSI失败的原因:

  • OSI 专家缺乏实际的经验,在完成OSI标准是缺乏商业动力
  • 实现太过复杂
  • 指定的周期太长,设备无法及时的进入市场
  • OSI的划分层次不合理,功能造多个层次中出现

OSI的和TCP/IP的具体划分

具体每一层的划分,以及原理明日在写,有点多,而且并不是所有的程序或者设备遵守协议.