第一章计算网络体系结构（一）

比眉伴天荒 2022-09-12 15:57 207阅读 0赞

## 1.1.1 计算机网络的概念 ##

计算机网络概念：互连的、自治的计算机系统的集合。

### 1.广义观点 ###

实现远程信息处理的系统或能进一步达到资源共享的系统。

### 2.资源共享观点 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>目的</td> 
   <td> <p>资源共享</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>组成单元</td> 
   <td>分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>遵循统一协议</td> 
   <td>网络协议</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 3.用户透明性观点 ###

存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，能够调用用户所需要的资源，整个网络像一个计算机系统一样对用户是透明的。

## 1.1.2 计算机网络的组成 ##

从组成上看：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:64px;">硬件</td> 
   <td style="width:435px;">主机、通信链路、交换设备、通信处理机。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:64px;">软件</td> 
   <td style="width:435px;">实现资源共享的各种软件，如操作系统、邮件收发程序、FTP程序、聊天程序。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:64px;">协议</td> 
   <td style="width:435px;">协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

从工作方式看：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>名称</td> 
   <td>定义</td> 
   <td>功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>边缘部分</td> 
   <td>所有连接到因特网、供用户直接使用的主机组成。</td> 
   <td>进行通信和资源共享。如传输数据、音频、视频。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>核心部分</td> 
   <td>由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。</td> 
   <td>为边缘部分提供连通性和交换服务。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

从功能组成上看：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:82px;">名称</td> 
   <td style="width:126px;">定义</td> 
   <td>功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:82px;">通信子网</td> 
   <td style="width:126px;">由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成</td> 
   <td>使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力，实现互联网计算机之间的数据通信。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:82px;">资源子网</td> 
   <td style="width:126px;">实现资源共享功能的设备及其软件的集合。</td> 
   <td>向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 1.1.3 计算机网络的功能 ##

<table style="width:585px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">功能名称</td> 
   <td style="width:492px;">描述</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">数据通信</td> 
   <td style="width:492px;"><span style="color:#fe2c24;">最基本和最重要</span>的功能，用来实现联网计算机之间各种信息的传输，并将分散在不同地理位置的计算机联系起来，进行统一调配、控制和管理。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">资源共享</td> 
   <td style="width:492px;">软件共享、数据共享、硬件共享。提高硬件资源、软件资源和数据资源的利用率。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">分布式处理</td> 
   <td style="width:492px;">当网络中某个计算机系统负荷过载时，可以将其处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机系统，提高整个计算机网络的利用率。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">提高可靠性</td> 
   <td style="width:492px;">网络中的各台计算机可以通过网络互为代替机。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">负载均衡</td> 
   <td style="width:492px;">将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 1.1.4 计算机网络的分类 ##

### 1. 按分布范围分类 ###

<table style="width:600px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:119px;">名称</td> 
   <td style="width:139px;">范围</td> 
   <td style="width:318px;">任务</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:119px;">广域网（WAN）</td> 
   <td style="width:139px;">几十千米-几千千米</td> 
   <td style="width:318px;">提供长距离通信。是因特网的核心。有较大通信容量。连接链路是高速链路。<span style="color:#fe2c24;">使用交换技术。</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:119px;">城域网（MAN）</td> 
   <td style="width:139px;">5-50km</td> 
   <td style="width:318px;"><span style="color:#fe2c24;">采用以太网技术。</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:119px;">局域网（LAN）</td> 
   <td style="width:139px;">几十米-几千米</td> 
   <td style="width:318px;"><span style="color:#fe2c24;">使用广播技术。</span></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:119px;">个人区域网（PAN）</td> 
   <td style="width:139px;">10m</td> 
   <td style="width:318px;"><span style="color:#fe2c24;">使用无线技术。</span></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 2.按传输技术分类 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;">名称</td> 
   <td style="width:406px;"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;">广播式网络</td> 
   <td style="width:406px;">所有计算机共享一个公共通信信道。一台发送，其余收听；收听的个体查看分组信息检查目的地址决定是否接受信息。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:92px;">点对点网络</td> 
   <td style="width:406px;">每条物理线路连接一对计算机。采用分组存储转发和路由选择机制。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 3.按拓扑结构分类 ###

<table style="width:570px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">名称</td> 
   <td style="width:156px;"></td> 
   <td style="width:312px;">优缺</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">总线型网络</td> 
   <td style="width:156px;">用单根传输线把计算机连接起来。</td> 
   <td style="width:312px;">建网容易、增减结点方便、节省线路。重负载时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">星形网络</td> 
   <td style="width:156px;">每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连。</td> 
   <td style="width:312px;">便于集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备。成本高，中央设备对故障敏感。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">环形网络</td> 
   <td style="width:156px;">所有计算机接口设备连接成一个环。</td> 
   <td style="width:312px;">环中信号单向传输。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:100px;">网状网络</td> 
   <td style="width:156px;">每个结点至少有两条路径与其他结点相连。</td> 
   <td style="width:312px;">可靠性搞。控制复杂，线路成本高。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 4.按使用者分类 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:89px;">名称</td> 
   <td style="width:409px;"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:89px;">公用网</td> 
   <td style="width:409px;">电信公司出资建造的大型网络。所有愿意出钱接入网络的人都能使用。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:89px;">专用网</td> 
   <td style="width:409px;">某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络。不向本单位以外的人提供服务。铁路，军队，电力。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 5.按交换技术 ###

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:106px;">名称</td> 
   <td style="width:206px;">描述</td> 
   <td style="width:192px;">优缺</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:106px;">电路交换网络</td> 
   <td style="width:206px;">在源结点和目的结点之间建立一条专用的通路用于传送数据，包括建立连接、传输数据、断开连接。</td> 
   <td style="width:192px;">数据直接传送、时延小。线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:106px;">报文交换网络</td> 
   <td style="width:206px;">用户数据加上源地址和目的地址、校验码等信息后，封装成报文，传给相邻结点，全部存储后，再转发给下一个结点。</td> 
   <td style="width:192px;">每个报文可以单独选择到达目的结点的路径。实现差错控制。但是增大了资源开销，增加了缓冲时延，缓冲区难以管理。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:106px;">分组交换网络</td> 
   <td style="width:206px;">将数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块加上目的地址、源地址等辅助信息组成分组，以转发-存储方式传输。</td> 
   <td style="width:192px;">缓冲易于管理。包的平均时延更小，网络占用的平均缓冲区更少。更易于标准化。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 6.按传输介质分类 ###

分无线和有线。

## 1.1.6 计算机网络的性能指标 ##

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">名称</td> 
   <td style="width:410px;"></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">带宽</td> 
   <td style="width:410px;">最高数据传输速率。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">时延</td> 
   <td style="width:410px;"> 
    <table style="width:359px;"> 
     <tbody> 
      <tr> 
       <td style="width:99px;">发送时延</td> 
       <td style="width:259px;">分组长度/发送速率</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:99px;">传播时延</td> 
       <td style="width:259px;">信道长度/电磁波在信道上传播速率</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:99px;">处理时延</td> 
       <td style="width:259px;">转发分组处理数据的时延。</td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td style="width:99px;">排队时延</td> 
       <td style="width:259px;">进入路由器需要排队。出路由器也要排队。</td> 
      </tr> 
     </tbody> 
    </table></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">时延带宽积</td> 
   <td style="width:410px;">传播时延x信道带宽</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">往返时延</td> 
   <td style="width:410px;">RTT。从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接受端的确认，总共经历的时延。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">吞吐量</td> 
   <td style="width:410px;">单位时间内通过某个网络的数据量。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">速率</td> 
   <td style="width:410px;">主机在数字信道上传送数据的速率。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:88px;">信道利用率</td> 
   <td style="width:410px;">有数据通过的时间/（有+无）数据通过的时间。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>