1.1 计算机网络概述

1. 1968年出现的世界最早的计算机网络是：ARPAnet

1.1.1 计算机网络的概念

计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
简而言之，计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。

广义观点

只要能实现远程信息处理的系统或能够进一步达到资源共享的系统，都是计算机网络

1. 定义了一个计算机通信网络，在物理结构上具有计算机网络的雏形
2. 但资源共享能力弱，是计算机网络发展的低级阶段

资源共享观点

计算机网络是“以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合”

1. 目的：资源共享（同一个计算机网络上其他计算机可以使用某台计算机资源的行为。可共享硬件、软件、数据
2. 组成单元：分布在不同地理位置的多台独立的自治计算机
3. 网络中计算机必须遵循的统一规则：网络协议

该定义符合目前计算机网络的基本特征

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，整个网络就像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。用户使用网络就像使用一台超级计算机，无需了解网络的存在、资源的位置信息等。

用户透明性观点定义了一个分布式系统，是网络未来发展追求的目标

1.1.2 计算机网络的组成

计算机网络中可以没有的是：数据库服务系统

从组成部分看

硬件、软件、协议

1. 硬件：主机（端系统）、通信链路（双绞线、光纤等）、交换设备（路由器、交换机等）和通信处理机（网卡）
2. 软件：各种实现资源共享的软件、方便用户使用的各种工具软件。例如网络操作系统、邮件收发程序、FTP程序、聊天程序等
3. 协议：计算机网络的核心，规定了网络传输数据时所遵循的规范

从工作方式看

计算机网络（主要指Internet，因特网）可以分为边缘部分和核心部分

1. 边缘部分：所有连接到因特网上，供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享（用户直接使用C/S方式和P2P方式
2. 核心部分：大量网络和连接这些网络的路由器组成。为边缘部分提供连通性和交换服务

从功能组成上看

1. 通信子网：各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成。使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力，实现联网计算机之间的数据通信。
2. 资源子网：实现资源共享功能的设备及其软件的集合。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

1.1.3 计算机网络的功能

1. 数据通信：实现联网计算机之间各种信息的传输，并将计算机联系起来，进行统一调配、控制和管理。例如文件传输、电子邮件等应用
2. 资源共享：包括软件共享、数据共享、硬件共享。使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，极大提高硬件资源、软件资源和数据资源的利用率
3. 分布式处理：计算机网络中的某个计算机负荷过重时，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，提高整个系统的利用率
4. 提高可靠性：计算机网络中的各台计算机可以互为替代机
5. 负载均衡：将工作任务均匀得分配给计算机网络中的各台计算机

1.1.4 计算机网络的分类

1. 按分布范围分类

1. 局域网接入广域网是通过：路由器

2. 按传播技术分类

包括广播式网络和点对点网络

1. 广播式网络：所有联网计算机都共享一个公共信息通道。一台计算机利用共享信息通道发送报文分组时，所有计算机都会收听到这个分组（检查目的地址来决定是否接受该分组）。局域网基本上都采用广播式通信技术
2. 点对点网络：每条物理线路连接一对计算机。若通信的计算机之间没有直接连接的线路，那么他们的分组传输就要通过中间节点进行接受、存储和转发。广域网基本上都属于点对点网络

3. 按拓扑结构分类

网络拓扑结构：网中节点（路由器、主机等）与通信线路之间的几何关系表示的网络结构。主要指通信子网的拓扑结构

1. 总线形网络：用单根传输线把计算机连接起来。优点是建网容易、增减结点方便、节省线路；缺点是负载重时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感
2. 星形网络：中央设备一般是路由器或交换机。优点是便于集中控制和管理；缺点是成本高、中央设备对故障敏感（考察结点数和链路数的关系
3. 环形网络：典型例子是令牌环局域网，环可以是单环或双环，环中信号单向传输
4. 网状网络：多用在广域网中。优点是可靠性高；缺点是控制复杂，线路成本高

4. 按照使用者分类

1. 公用网（公众网）：电信公司出资建造的大型网络
2. 专用网：某个部门为了本单位特殊业务需求建造的网络

5. 按照交换技术分类

交换技术：各台主机之间、各台通信设备之间、主机与通信设备之间交换信息采用的数据格式和交换装置的方式

包括电路交换、报文交换、分组交换

电路交换网络

1. 在源结点和目的结点之间建立专用通路用于传送数据。包括：建立连接、传输数据、断开连接三个阶段
2. 典型的电路交换网是传统电话网络
3. 整个报文的比特流连续地从源头到达终点
4. 优点：直接传送、时延小
5. 缺点：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

报文交换网络（存储——转发网络

1. 用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，封装成报文
2. 整个报文传输到相邻节点，全部存储后，再转发给下一个节点，重复这一过程直到终点
3. 优点：充分利用线路，实现不同链路之间不同数据传输率的转换。可以实现格式转换、一对多传输、多对一传输，可以实现差错控制
4. 缺点：增大了资源开销、缓冲时延，缓冲区难以管理（因为报文大小不确定）

分组交换网络（包交换网络

1. 数据分成较短的固定长度的数据块，每个数据块中加上目的地址、源地址等辅助信息组成分组（包），以存储——转发方式传输
2. 单个分组（整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储后查找转发表，转发到下一个节点
3. 优点：除了报文交换网络的优点，缓冲区易于管理、包平均时延更小

6. 按传输介质分类

1. 有线：双绞线、同轴电缆等
2. 无线：蓝牙、微波、无线电等

1.1.5 计算机网络标准化工作（大纲已删

1.1.6 计算机网络的性能指标

1. 带宽：表示网络的通信线路传送数据的能力，单位比特/秒
2. 时延：数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。包括：
   1. 发送时延（传输时延）：结点将分组的所有比特推向链路所需的时间。发送时延=分组长度/信道宽度
   2. 传播时延：一个比特从链路一端传到另一端所需时间。传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率
   3. 处理时延：数据在交换结点为存储转发进行的必要处理所花费的时间
   4. 排队时延：分组进入路由器后需要在输入队列中排队等待处理，还要在输出队列中排队等待转发。这部分时间称为排队时延

题目中，处理时延和排队时延一般忽略不计。
高速链路仅仅提高数据发送速率而不是比特在链路上的传播速率。
提高数据发送速率仅减少发送时延

3. 时延带宽积：发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送了多少个比特，因此又称以比特为单位的链路长度。时延带宽积=传播时延*信道带宽
4. 往返时延（RTT）：发送端发出一个短分组，到发送端疏导来自接受端的确认（接收端收到数据后立即发送确认）总共经历的时延。RTT越大，收到确认前可以发送的数据量越大
5. 吞吐量：单位时间内通过某个网络的数据量。实际上受到网络的带宽或网络的额定速率的限制
6. 速率：连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。也称数据传输速率、数据率或比特率。最高数据传输速率称为带宽
7. 信道利用率：指出某一信道有百分之多少的时间有数据通过

1.2 标准化（大纲已删

1.3 计算机网络分层结构、协议、接口、服务