网络的网络

• 起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网

• 网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。

• 互联网是“网络的网络”(network of networks)。

• 连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。

网络与因特网

网络把许多计算机连接在一起。

因特网则把许多网络连接在一起。

为了避免意义上的不明确，我们把直接连接计算机的网络称为物理网络，而互联网是由物理网络集合构成的逻辑网络。

因特网发展的三个阶段

• 第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。

• 1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。

• 人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。

• 第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。

• 三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。

• 第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的因特网。

• 出现了因特网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。

internet 以小写字母 i 开头的是互联网，它泛指多个计算机网络互联而成的网络

Internet 以大写字母 l 开头的，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。

万维网 www 的问世

• 因特网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出因特网究竟有多大。

• 因特网的迅猛发展始于 20 世纪 90 年代。由欧洲原子核研究组织 CERN 开发的万维网 WWW -(World Wide Web)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。

制定因特网的正式标准要经过以下的四个阶段

• 因特网草案——在这个阶段还不是 RFC 文档

• 建议标准——从这个阶段开始就成为 RFC 文档

• 草案标准（Draft Standard）

• 因特网标准

因特网的组成

1. 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。

2. 核心部分 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）

网络应用程序的工作方式

百分之 80 以上的应用都是

客户服务器方式（C/S 方式）Client/Server 方式

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。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

对等方式（P2P） Peer-to-Peer 种子 BT 迅雷

在对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P) 方式的网络应用中，通常没有固定的服务请求者和服务提供者，分布在网络中的应用进程是对等的，被称为对等方。

因特网核心部分

• 网络核心部分是因特网中最复杂的部分。

• 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。

• 在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。

5 部电话机两两相连，需 10 对电线。

N 部电话机两两相连，需 N(N – 1)/2 对电线。

当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。

电路交换的特点

• 电路交换必定是面向连接的。

• 电路交换的三个阶段

• 建立连接

• 通信

• 释放连接

电路交换传送计算机数据效率低。

• 计算机具有突发性。

• 这导致通信线路的利用率很低。

分组交换的主要特点（报文分组发送）

在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。

假定这个报文较长不方便传输

报文：1101000110101010110101011100010011010010

根据目的地一级一级送

• 分组交换网以“分组”作为数据传输单元。

• 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。

分组交换的传输单元

每一个分组的首部都含有地址等控制信息。

分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。

用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地

分组交换的优点

• 高效

• 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

• 灵活

• 以分组为传送单位和查找路由。

• 迅速

• 不必建立连接就能想其他主机发送分组

• 可靠

• 保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性

分组交换的问题

• 需要排队，会造成一定的延时

• 必须放在携带首部，造成一定的时延

• 无法确保通信时端到端所需的宽带，在通信量较大时可能造成网络拥堵

计算机网络的分类

• 从网络的作用范围进行分类

• 广域网 WAN

• 局域网 LAN

• 城域网 MAN

• 个人区域网 PAN

• 从网络使用者进行分类

• 公用网

• 专用网

计算机网络的主要性能指标

1. 速率

• 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。 Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。

• 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或 kb/s, Mb/s, Gb/s 等。

1. 带宽

• “带宽”本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫，兆赫，吉赫等）

• 现在带宽数字行到所能传送的最高数据率的同义语，单位“比特每秒”，或 b/s（bit/s）

1. 吞吐量

• 吞吐量/吞吐率(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

• 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

• 受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

1. 时延

• 发送时延（传输时延） 发送数据，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

• 发送速率 通常是以信道最高速率发送数据，因此就是信道带宽。

• 传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

• 信号传输速率 即发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。

• 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间

• 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

• 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量，随时间变化会很大。

• 分组从一个结点转发到另一个结点所经历的总时延就是以上四种时延之和：

• 总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

带宽越宽越好

时延越短越好

易错概念

• 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。

• 提高链路带宽减小了数据的发送时延。

1. 丢包率

• 丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，分组在传输过程中丢失的分组数量与总的分组数量的比率。

• 具体：接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等。

• 在现代计算机网络中网络拥塞是丢包的主要原因。因此，丢包率往往反映了网络的拥塞情况。

1. 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）。

• 完全空闲的信道的利用率是零。

• 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。

网络协议

• 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。

• 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。

• 网络协议(network protocol)，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。

网络协议三要素

语法，即数据与控制信息的结构或格式。例如，地址字段多长以及它在整个分组中的什么位置。

语义，即各个控制信息的具体含义，包括需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

同步（或时序），即事件实现顺序和时间的详细说明，包括数据应该在何时发送出去以及数据应该以什么速率发送。

层次模型与计算机网络体系结构

相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。

“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

层数多少要适当

1. 各层之间是独立的

2. 灵活性好

3. 结构上可分割开

4. 易于实现和维护

5. 能促进标准化工作

分层的好处

若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。

层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

计算机网络的体系结构

• 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。

• 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。

• 实现(implementation)是遵循这种体系结构的前提下用何种硬件或软件完成这些功能的问题。

• 体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。

关于开放系统互连参考模型 OSI/RM

• 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。

两种国际标准

OSI/RM 7 层

1. 物理层

2. 数据链路层

3. 网络层

4. 运输层

5. 会话层

6. 表示层

7. 应用层

TCP/IP 4 层 (5 层)

• 应用层

• 运输层

• 网际层

• 网络接口层

五层原理体系结构

1. 物理层：如何在物理媒体上传送比特流

2. 数据链路层：相邻结点间分组的传输，PPPOE，以太网的点对点协议

3. 网络层：如何将分组从源主机同中间路由器传送到目的主机 IP，选路协议

4. 运输层：TCP，UDP，、

5. 应用层：FTP，SMTP，STTP，HTTP

协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

服务：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。要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

关系：协议的实现保证了能够向上一层提供服务。本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的。 即协议是“水平的”，服务是“垂直的”。