第 1 章 概述

一、计算机网络在信息时代中的作用

计算机网络的两个重要功能：
1 ．连通性
指互联网上的用户之间是相互连通的。
2 ．共享（资源共享）
资源共享可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。此外，计算机网络还有分 布式处理、提高可靠性、负载均衡等重要功能。

二、互联网概述

1 网络的网络
（1）计算机网络的组成
计算机网络（简称网络）由若干结点和连接这些结点的链路组成。
（2）相关概念
①互联网（网络的网络）：网络和网络通过路由器互连起来而构成的更大范围的网络；
②因特网（Internet）：世界上最大的互连网络；
③万维网（WWW）：环球信息网，是互联网所能提供的服务其中之一，是靠着互联 网运行的一项服务；
④主机：与网络相连的计算机。

2 因特网发展的三个阶段
（1）从单个网络 ARPANET 向互联网发展；
（2）建成三级结构（主干网、地区网、校园或企业网）的互联网；
（3）逐渐形成多层次 ISP（互联网服务提供商）结构的互联网。

3 因特网的标准化工作
所有的因特网标准都是以 RFC 的形式在互联网上发表。制订互联网的正式标准要经过 以下三个阶段：
（1）互联网草案——有效期 6 个月，还不算是 RFC 文档；
（2）建议标准——从这个阶段开始成为 RFC 文档；
（3）互联网标准——达到正式标准并分配编号。

三、互联网的组成

1 互联网的组成
如图 1-1 所示，将互联网分为如下两个部分：
（1）边缘部分：用户直接用来进行通信和资源共享的部分（主机）；
（2）核心部分：为边缘部分提供服务的大量网络和连接这些网络的路由器。

图 1-1 因特网的边缘部分与核心部分

2 端系统之间的通信方式
主机又称端系统，而计算机之间的通信是指“主机 A 中的某进程和主机 B 中的某进程 进行通信” ，主要有以下两种方式：
（1）客户/服务器（C/S）方式
如图 1-2 所示，客户（Client）和服务器（Server）是通信中所涉及的两个应用进程，
客户（如A）是服务请求方，根据服务器程序地址发起请求，服务器（如B）是服务 提供方，处理客户发来的请求。

图 1-2 客户服务器工作方式
（2）对等连接（P2P）方式
如图 1-3 所示，通信双方是平等的，不区分哪一个是服务请求方，哪一个是服务提供方，进行的是对等通信。

图 1-3 对等连接工作方式

3 三种数据交换方式
如图 1-4 所示，交换是按照某种方式动态分配传输线路的资源，数据交换主要分为三 种交换方式：
（1）电路交换
电路交换是建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放连接（归 还通信资源）的过程；像一个管道一样，使得整个报文的比特流连续地从源点到终点。
（2）报文交换
采用存储转发技术，将整个报文先传送到相邻结点，存储下来后再查找转发表，转发 到下一个结点的交换方式，是分组交换的前身。
（3）分组交换
采用存储转发技术，将一个报文划分成几个分组后再进行传输，即对单个分组即可进
行存储与转发。

图 1-4 三种交换的比较，P1～P4 表示 4 个分组

四、计算机网络在我国的发展（略）

五、计算机网络的类别

1 计算机网络的定义
简单来讲，计算机网络是一些相互连接的、以共享资源为目的的、 自治的计算机的集 合。
2 计算机网络的分类
（1）按网络的作用范围可分为：
①广域网WAN；
②城域网MAN；
③局域网LAN；
④个人区域网 PAN。
（2）按网络的使用者可分为：
①公用网；
②专用网。
（3）按拓扑结构可分为：
①星形网络；
②总线形网络；
③环形网络；
④网状形网络。
（4）用来把用户接入到互联网的网络可分为：
①本地接入网；
②居民接入网。

六、计算机网络的性能

1 计算机网络的性能指标
（1）速率（又称数据率或比特率）
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，单位是 bit/s（比特每秒）。
（2）带宽
计算机网络中，带宽表示单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率” ，显然 单位和速率单位相同。
（3）吞吐量
表示单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。
（4）时延
数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时 间。主要有以下几种：
①发送时延（传输时延）：主机或路由器发送数据帧所需要的时间（从发送数据帧的 第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕的时间）；发送时延＝数据帧长度 （bit）/发送速率（bit/s）。
②传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间；传播时延＝信道长度
（m ）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）。
③处理时延：主机或路由器在收到分组时用于处理所花费的时间，例如差错检验或查 找路由表等。
④排队时延：分组在进入路由器输入队列中排队等待的时间，往往取决于网络当时的 通信量。
综上可知：总时延＝发送时延＋传播时延＋处理时延＋排队时延。 （5）时延带宽积
时延带宽积＝传播时延×带宽。
（6）往返时间 RTT
往返时间RTT 表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方 收到数据后便立即发送确认）总共经历的时间。
（7）利用率
①信道利用率：信道被有效利用（有数据通过）的百分比；
②网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值。
【注意】信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。

2 计算机网络的非性能特征
（1）费用
（2）质量
（3）标准化
（4）可靠性
（5）可扩展性和可升级性
（6）易于管理和维护

七、计算机网络体系结构

1 实体、协议、服务、服务访问点
如图 1-5 表示计算机网络中相邻两层之间的关系。

图 1-5 相邻两层之间的关系
（1）实体
任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。
（2）网络协议（简称协议）
协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合，它的三个要素为：
①语法：数据与控制信息的结构或格式；
②语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应；
③同步：事件实现顺序的详细说明。
（3）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，本层协议 的实现需要下一层提供的服务。
（4）服务访问点
同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方即服务访问点 SAP。
【注意】协议与服务的区别：
①协议的实现保证了能够向上一层提供服务；下面的协议对上面的服务用户是透明的； ②协议是“水平的” ，即协议是控制两个对等实体进行通信的规则；服务是“垂直的”，
即服务是由下层通过层间接口向上层提供的。上层使用所提供的服务必须与下层交换 一些命令，这些命令在 OSI 中称为服务原语。
2ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 参考模型
计算机网络的各层及协议的集合就是网络的体系结构，通常包括两种常见模型：
（1）ISO 提出的开放系统互联参考模型 OSI/RM（简称 OSI 参考模型）；
（2）TCP/IP 参考模型。
【注意】OSI 与 TCP/IP 参考模型的对比（重点）： 相似之处：
①二者均采用分层的体系结构，且分层的功能也大体相似；
②二者均基于独立的协议栈的概念；
③二者均能实现异构网络的互联。 不同之处：
①OSI 精确定义了服务、协议、接口的概念，而 TCP/IP 在这三个概念上没有明确区分；
②OSI 未偏向某种特定的协议，通用性良好，而 TCP/IP 则是对已有协议的描述；
③OSI 在网络层支持无连接和面向连接的服务，而 TCP/IP 却认为可靠性是端到端的问 题，选择在传输层支持无连接和面向连接的服务。

3 具有五层协议的体系结构
如图 1-6 所示为计算机网络的体系结构图，本书后面章节将按照五层协议的体系结构进行讲解。

图 1-6 计算机网络体系结构图
（1）应用层
应用层是体系结构中的最高层，直接为用户的应用进程提供服务。
（2）运输层
负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。主要两种协议：
①传输控制协议 TCP：一种面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是 报文段；
②用户数据报协议 UDP：一种无连接的、尽最大努力传输的服务，其数据传输的单位 是用户数据报。
（3）网络层
负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
（4）数据链路层
将网络层交下来的 IP 数据报组装成帧（Frame）进行传输，还能进行差错控制、流量 控制和传输管理。
（5）物理层
在物理媒体上为数据端设备透明地传送比特流，传输数据的单位是比特。
如图 1-7 所示说明了应用进程的数据在各层之间的传递过程中所经历的变化。

图 1-7 数据在各层之间的传递过程
【注意】需要记住 OSI 参考模型另外两层的作用：
①会话层：负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理及终止进程的会话；

②表示层：处理两个通信系统间交换信息的方式，此外还具有数据压缩、加密和解密 等功能。
4TCP/IP 的体系结构
事实上，TCP/IP 的层次结构已经成为应用广泛的国际标准，它分为应用层、运输层、 网际层和网络接口层共四层，如图 1-8 所示为该结构的应用举例，需要注意的是，用路由器转发分组时，使用的最高层为网际层，并没有应用到上面两层。

图 1-8 TCP/IP 四层协议的应用举例