【计算机网络】第1章 计算机网络和因特网

简介: 【计算机网络】第1章 计算机网络和因特网
考核 占比
考勤,作业,期中 30%
小班 15%
实验 15%
期末 40%

每章后有作业

小班在第8周和第14周

从第9周开始有实验


文章目录

第1章 计算机网络和因特网

第1章 计算机网络和因特网

这一章最主要的是搞懂术语含义

1.1 什么是因特网

以下因特网的大体构成👇:


计算设备:端系统(主机),它的作用是进行数据处理、运行网络应用程序

分布式应用程序:在端系统上运行,彼此可以通信。实现因特网的各种应用,如电子邮件、Web应用、远程注册等等

联网设备:保证高效、可靠地数据传输

通信链路:将端系统连在一起的链路,单位是bits每秒

分组交换机:连接端系统的中间交换设备,主要是路由器和链路交换机

分组交换机用到了分组交换技术

分组交换技术:发送端将要发送的数据分成若干较小的块,添加首部形成分组(包packet),分别发送到目的端,再组装恢复成原数据

ISP:Internet Service Provider,一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。注意没有端系统,端系统如果要连接互联网,必须接入ISP提供的服务。

协议(protocol):控制信息接受和发送的规则

内联网:也是计算机网络,属于内部网络,和互联网不连接。由防火墙控制专网和外部主机的信息交换

1.2 网络边缘

网络划分为两大部分,网络边缘和网络核心


网络边缘构成为外围部件、主机。


交互模式有以下👇:


客户机/服务器模式(C/S模式)


端系统上运行的分布式应用程序分为了,客户机应用程序和服务器应用程序,一个用来请求服务,另一个用来提供服务


对等模式(P2P模式)

端系统里面的程序都是对等的,端系统中运行的对等应用程序同时起客户机和服务器程序的双重作用


服务类型有以下👇:


面向连接服务(connection-oriented service)


可靠的数据传送:连接是可靠的

流控制:控制发送速度

拥塞控制:防止网络进入迟滞状态

因特网的面向连接的服务由TCP协议提供,依靠TCP的应用层协议有Telnet(远程注册)、SMTP(电子邮件)、 FTP(文件传输)和HTTP(Web)


无连接服务(connectionless service)


不可靠:源主机不能确定分组是否已经到达目的地


无流控制或拥塞控制的功能‘


因特网无连接的服务由UPP协议系统,依靠UDP的应用有因特网电话、视频会议、DNS服务

1.3 网络核心

定义:由分组交换机和链路形成的网络,不包含端系统

网络核心最主要的交换技术有下面三类:

电路交换:通信双方必须先建立一个专用的连接(电路),一直维持,直到通信结束

链路上能够同时运行多条专线,称为多路复用,复用方式有两种:

  • 频分多路复用FDM:一条专线占宽带的1/n,时间24小时都能通信
  • 时分多路复用TDM:一条专线能够完全享用宽带,享用的时间均分,被切片


分组交换

报文:就是要传递的消息

分组:也就是包packge,是报文拆分的成很小的数据块


工作流程:分组交换机先将输入端的整个分组接收下来(存储),再从输出链路转发传输出去(转发)


由于是发包的形式,不单独占有宽带,但传输的时间受传输时延影响**(将分组推送到链路上的时间**)


此外,由于每个交换机以及端系统,由于发送包需要时间,其它要发送的包只能等待,所以它们都有一个输出队列用于保存准备发往某个链路的分组,因此分组交换还具有排队时延。如果过多的话,可能溢出造成丢包


报文交换


它的传输和分组交换类似,只不过每次转储的是整个报文,并不会将报文拆解为很小的包


几种交换方式的对比


电路交换:整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传送

分组交换:单个分组(只是整个报文的一部分)传送 到相邻结点,存储下来后,再转发到下一个结点

报文交换:整个报文先传送到相邻结点,全部存储下 来后,再转发到下一个结点


了解网络核心的交换技术后,里面的分组交换网络的工作方式有什么类型?

  • 虚电路网络:源和目的主机之间先建立虚连接,根据电路的标识符,决定如何转发分组
  • 数据报网络:互联网的类型,不需要进行连接,每个分组带有目标地址,经过交换机寻找ip后进行转发


网络根据作用范围分(很好理解):


局域网

城域网

广域网

1.4 网络接入和物理媒体

这小节讲的是网络接入的方式,以及接入的物理介质


网络接入的方式一般有以下:


1.住宅接入(家庭用户)


通过拨号调制解调器:将家庭端系统通过普通模拟 电话线用拨号调制解调器与住 宅ISP相连,调制就是在用户这里将数字信号转为模拟信号,然后解调ISP附近再将模拟信息转为数字信号。反过来也行。


  • 新型宽带技术:先是数字用户线DSL,住宅常用的是ADSL不对称数字用户线,然后就是混合同轴电缆HFC,现在基本上直接光纤到户

2.公司接入(学习单位)

公司接入采用以太网技术(交换以太网或者共享以太网),先将多个端系统连接成局域网,再将局域网和边缘路由器相连


3.无线接入(移动设备)


无线局域网(wireless LAN): 无线用户通过基站(无线接入点)连接,基站与有线的因特网连接,为无线用户提供服务


广域无线接入网(wide-area wireless access network):基站由电信提供商管理,覆盖范围数万米 ü 漫游的用户可利用移动电话接入基站


物理媒介:


首先是它的定义:将网络中不同端系统互相连接起来的物理线路。物理媒体的性能对网络的通信、速度、距离、 价格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响


分类的话,分为固体媒介(导引型媒体),以及气体媒介(非导引型媒体)


陆地无线电信道

利用无线电波在自由空间传播实现通信

卫星无线电信道

同步卫星:电话网和因特网主干

低纬度卫星:对一个区域进行连续覆盖,需要在轨道上防止多个卫星


1.5 ISP和因特网主干

因特网边缘的接入网络通过分层的ISP与因特网其他部分相连

第一层ISP覆盖国家或国际

第二层ISP常为区域的覆盖

第三层ISP是较高层ISP的客户,这些较高层ISP将它们连接到因特网其他部分



一台主机如何要和另一条远程的主机通信,必须先经过本地ISP的转发,然后经过更高一层的ISP交换网络,继续转发直到顶层,到顶层后再搜寻目的主机,从第一层转发到第二层,再转发到第三层,最后到达目标主机。下面是模拟路线



1.6 时延和丢包

由于分组交换网络的特性,不会限制发送分组的流量,但是过多的分组在路由上转发时,会照成转发时间延长,再过多会导致分组的溢出,即丢失


时延的类型

处理时延:校验分组,并选择转发的链路

排队时延:分组等待在链路上传输的排队时间

传输时延:将分组的所有比特推(传)向链路所需要的时间。通常计算方式 L/R,R代表链路的传输速率(bps),L代表分组的长度(比特)

传播时延:一个比特从链路的起点到下一节点(路由器)传播所需要的时间(通常为光速)

总时延为各种的时延的累加,dnodal=dproc+dqueue+dtrans+dprop


因特网中的时延和路由

windows和linux操作系统上均有程序能够追踪源和目的之间经过的路由

linux上为tracerout,windows上为tracert


1.7 协议层次及其服务模型

模型分析可以更多参考我的最开始的准备文章【计算机网络】0. 概要,初步整体把控 - 元少博客网 (liangyuanshao.top)


应用层:提供各种网络应用。传输应用报文。FTP、 SMTP、 HTTP

运输层:在应用程序的客户机和服务器之间提供传输应用层报文服务。传输报文段。TCP、 UDP

网络层:主机和主机之间传输网络层分组(数据报)。IP协议、 选路协议

链路层: 在邻近单元之间传输数据(帧 )。PPP、以太网

物理层:在节点之间传输比特流。传输媒体


节点分层

端系统实现了因特网5个层次,路由器和链路层交换机以分层方式组织网络硬件和软件,通常只实现低几层

  • 端系统:5个层次
  • 路由器:实现第1层到第3层,能够实现IP协议
  • 链路层交换机:实现第1层和第2层,能够识别第2层地址,如以太网地址

报文传递过程

  • 源主机:由高层向低层逐层传递(封装)
  • 目的主机:由低层向高层逐层传递(解封)


1.8 计算机网络和因特网的历史分

计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物,发展过程经历从简单到复杂,由低级到高级的过程


1.电话交换网:

开始,使用电路交换将信息(话音)从发送方传输到接收方


2.分组交换:

提出,三个小组Kleinrock (MIT)、 Baran (Rand)、Davies(NPL)分别提出


3.第一个分组交换计算机网络:

ARPAnet


4.计算机网络的逻辑组成:

通信子网和资源子网的概念形成


5.其他分组交换网络:

ALOHAnet,Telenet等


6.LAN:

将短距离的微型机连接成网络


7.网络互联:

许多网路连在了一起,并制定一系列相关体系结构标准,如:TCP、UDP、IP等


8.万维网(World Wide Web)出现:

将因特网带入数以百万的家庭和企业,并设置数百个新的应用程序。


9.最新发展


高速接入网

网络安全

P2P(peer-to-peer 对等)网络的应用

10.计算机网络在我国的发展

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