计算机网络是啥_计算机网络应用专业

交换：按照某种方式动态地分配传输线路的资源的过程。

电路交换(circuit switching)：通过开关方式,动态地分配一条通信链路.必定是面向连接的.线路的传输效率往往很低。

分组交换(packet switching): 将完整的消息(报文message)分割为较小的数据段,在每个数据段前面,加上一些必要的控制信息组成首部(header)后,就构成了分组.发送分组,接收后进行重组,这就是分组交换技术.

1）分组交换的优点:

高效(分段占用链路)；

灵活(为分组独立选择路径且每个分组可走不同路径)；

高速(省略了建立连接的过程,能并行的传输数据)；

可靠(部分路径损坏不影响,可走其他路径)；

2）分组交换的缺点:

存储转发时延；

接收处理需要时延,可能会产生排队时延；

分组头部的额外开销（overhead) ；

3）分组交换与电路交换的比较

例:假定多个用户共享一条1Mbit/s链路,每个用户当工作时产生数据的速率100Kbit/s,10%的时间在工作. 如果采用电路交换,则最多支持1M/100K=10个用户.

如果采用分组交换,用户活动概率为0.1,假如用户数为35个,有11个以上用户同时活动的概率为0.0004,同时有少于10个用户活动的概率为0.9996.

4）报文交换(message switching):

报文交换是一种特殊类型的分组交换,通过网络的分组自身就是完整的应用程序报文,网络的源端不对消息进行分割.

5）分组交换与报文交换的比较

例:假设一个长为7.5×106bit的报文,假定源和目的之间有两个分组交换机和三段链路,每段链路的传输速率为1.5Mbit/s,网络中没有拥塞.为方便起见，分组长度设为15000b,共5000个分组。

采用报文交换的情况

采用分组交换的情况

二. 网络的组成

2.1 什么是网络:

一组互联的自治的计算机的集合.（A set of interconnected autonomous computer systems.)

2.2 因特网:

最大的计算机网络,网络的网络(network of networks)

2.3 分布式计算机系统与计算机网络:

分布式计算机系统的主要特点是整个系统中的各个计算机对用户都是透明的,而计算机网络则不是.

2.4 网络三要素:

资源要素：具备可传播、交流、处理的资源，如软件设置，硬件配置等．

联接要素：各种媒介，如双绞线，路由器

协议要素：信号约定的集合

2.5 看待网络的三种角度（观点）

设备角度

服务角度:分布式应用的集合(不承诺服务时间)

协议角度:协议栈(TCP/IP)

2.6 网络的组成

网络边缘：即为资源子网,也是面向用户的部分;

网络核心：网络中路由器的网状网络;

网络的接入方式：

住宅接入：用户使用modem与ISP相连,家用的modem将数字信号变成模拟信号在电话线上传输,ISP的modem再将模拟信号转换成数字形式.宽带住宅接入由两种类型:数字用户线(digital subscriber line,DSL)和混合光纤同轴电缆(hybrid fiber coaxial cable,HFC)

公司接入：在公司和校园中,利用以太网技术,用局域网连接端用户和边缘路由器的接入技术.

移动接入：有两种无线因特网接入方式—无线局域网(wireless LAN)和广域无线接入网(WWAN).无线局域网基于IEEE802.11b,覆盖范围50—100米.

2.7 物理媒介

双绞线：

3类—用于电话：几K—10M；

5类：100M；

超5类：1000M；

同轴电缆：(≤10M）

基带：信号直接按数字信号传递,50Ω；

宽带：信号用频率传递,75Ω；

光纤：很低的信号衰减,很高的传输速率(10Gbit/s—100Gbit/s),不受电磁干扰,但配套的光设备价格昂贵；

卫星无线电:速率高,但传播时延大250ms—270ms；

三. 网络的几个主要性能指标

3.1 带宽:

原指信号具有的频带宽度,现在人们习惯将其等价于数据速率.也称为吞吐率,常用单位是bit/s（比特率，数据率，发送速率，信道速率，信道容量）.

3.2 时延

是指一个报文或一个分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间.其中最为重要的是节点时延.

**节点时延的各个部分**
时延类型	定义	量级
处理时延	数据在交换结点为存储转发而进行必要处理所需的时间	μs
排队时延	分组在队列中等待被传输的时间	ms–μs
发送时延	数据块长度÷信道带宽	ms–μs
传播时延	信道长度÷电磁波在信道上的传播速率	ms

说明：

上述时延究竟哪一种占主导地位，必须具体分析。

电磁波在不同信道上的传播速率:

自由空间:3.0×105km/s

同轴电缆:2.3×105km/s

光纤 :2.0×105km/s

节点时延还应该包括重传时延,它由网络上的通信质量和线路状况决定,是一个随机值.

3.3 时延带宽积和往返时延

时延带宽积=传播时延×带宽

如下图,它表示的是链路的容积,即正在链路上传输的比特数量.

往返时延RTT(Round-Trip Time)表示从发送端发送数据开始到发送端受到接收端的确认所经历的时间.

四. 网络服务与网络分类

4.1 网络服务

1）面向连接的服务和无连接服务

面向连接：通过连接服务，经历建立连接、接受服务、释放连接的过程，可以预留资源，在服务时可以独占资源以保证通信质量。（如电路交换）；

无连接：不需要预留资源，不能保证质量，只是尽最大努力传递。（如数据报）；

2）虚电路与数据报服务

虚电路：逻辑上建立的连接，预定逻辑资源(分时分段占用资源)。要求源端与目的端之间有一条路径，该路径上的每个链路各有一个虚电路号，该路径上每台分组交换机内具有虚电路号转换表。

数据报：按照分组的主机地址进行选路。

3）两者的比较：

可靠性：虚电路较好，按序交付，可靠性高；数据报也可有可靠性，需要额外工作。

连接：虚电路有连接，要花时间建立连接，但后续传输比较方便。数据报无连接，每个分组要进行路径选择，要携带完整地址。

线路或站点受损后分组的传输（抗毁性）：虚电路放弃此次传输，而数据报的分组会改由没有受损的线路继续传输下去。

3）C/S服务模型

C：客户方，提出请求的一方；

S：服务器，响应请求的一方；

注：这里客户即不指用户，也不是指用户计算机。

4）对等模型(Peer to Peer)

双方主机在通信时处于同等地位的一种服务模型。主要应用于在线协作，共享空间，共享文件管理和分布式计算等。

4.2 网络分类

按照服务方式分类：C/S服务模型、对等模型；

按照交换方式分类：电路交换(时分、频分、空分)、分组交换(虚电路、数据报)、混合交换；

按照网络作用范围分类：WAN、LAN、MAN；

按照使用者分类：公用网、专用网；

按照拓扑结构分类：总线网、星型网、环网、树型网、分布式网络；

五. 网络体系结构

5.1 概念

层(layer):一个或一组程序的明确的特定的功能实体.

分层(layering):把一个或一组相关功能实体分开的过程,使全局问题转化为局部问题.

实体(entity):任何可发送或接收信息的硬件或软件进程.

协议(protocol):控制两个对等实体进行通信的规则的集合. 网络体系结构:层与协议的集合,它是计算机体系结构的延伸；

5.2 分层的体系结构

1）层的功能

差错控制：使得在两个对等网络元素中层次间的逻辑信道更为可靠.

流量控制：使得发送端的发送速率不要太快,要使接收端来得及接收.

分段和重装：在发送端将大的数据块分割为较小的块,并在接收端重装.

信道复用：允许几个较高层会话共享一个较低层连接.

连接建立和释放：传输数据前建立一条逻辑连接,传输结束后释放连接.

2）分层的原则

根据层与分层的定义,使各层之间要独立,层与层之间的边界要清楚,层之间交换的数据要尽量少,分层的数量要适当.

3）分层的好处

灵活性好,标准化,使复杂的问题简单化

4）层次的划分

国际标准化组织（ISO）提出一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架,即开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open Systems Interconnection Reference Model),简称ISO /OSI.OSI采用7层体系结构,自顶向下分别为:应用层,表示层,会话层,运输层,网络层,数据链路层和物理层.

但是当今覆盖全世界的计算机网络因特网并未使用OSI标准,而是使用TCP/IP体系结构,它分为4层,自顶向下为应用层,运输层,网际层IP和网络接口层.

OSI的7层协议体系结构复杂又不实用,但概念清楚,体系结构理论完整,而TCP/IP却没有一个明确的体系结构.所以在学习计算机网络的时候,采取折中的方法,综合OSI和TCP/IP的优点,采用一种只有5层协议的体系结构,如下表（应用层和物理层的特殊性）.

层名	功能	通信单位	解决问题
应用层	与用户应用进程的接口(进程间)	文件(报文)	做什么
运输层	从端到端可靠传输报文段(主机间)	报文段	对方在何处
网络层	分组传送,路由选择,流量控制(结点间)	分组	走哪条路径
数据链路层	在链路上无差错的传输数据帧(相临结点间)	帧	每一步怎么走
物理层	在物理位置上传送比特流(相临结点上)	比特	如何利用物理媒介

5）协议与服务的关系

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,还要使用下面一层所提供的服务.

二者的不同之处:

首先,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.下面的协议对上面的服务用户是透明的.

其次,协议是水平的,而服务是垂直的.

六. 计算机网络专栏

计算机网络——是什么?有什么?做什么?

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