计算机网络在信息时代的作用

CNNIC中国互联网络信息中心(http://www.cnnic.net.cn)

因特网概述

网络，互连网，因特网的基本概念

网络 (Network) :由若干结点 (Node) 和连接这些结点的链路 (Link) 组成

互连网：多个网络通过路由器互连起来，构成了一个覆盖范围更大的网络

因特网/互联网(Internet)：世界上最大的互连网络

因特网发展的三个阶段

第一阶段：1969年从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。

第二阶段：1985年建成三级结构的因特网NSFNET （主干网、地区网和校园网/企业网）

第三阶段：1993年形成多层次的ISP结构的因特网

因特网的标准化工作

因特网协会ISOC

因特网体系结构委员会IAB

因特网工程部IETF

因特网研究部IRTF

制订因特网标准的4个阶段

(1)因特网草案(不是RFC文档)

(2)建议标准(RFC文档)

(3)草案标准

(4)因特网标准

三种交换方式

电路交换

三个步骤：建立连接——数据传输——释放连接

线路利用率不高

分组交换

把报文划分成若干等长的数据段，给各数据段添加首部（包含目的地址等信息）构成分组

关键构建：路由器（对分组进行储存转发）

分组从源主机到目的主机，可走不同的路径

报文交换

和分组交换类似，但不限制报文长度

对节点交换机储存空间要求高

计算机网络的定义和分类

定义

计算机网络没有精确统一的定义

最简单定义：互连，自洽，计算机集合

不同阶段定义不同，反映当时的网络技术发展水平

分类

按交换技术：电路交换网，分组交换网，报文交换网

按使用者：公用网，专用网

按传输介质：有线网，无线网

按覆盖范围：广域网WAN，城域网MAN，局域网LAN，个域网PAN

按拓扑结构：总线型网络，星型网络，环形网络，网状型网络

计算机网络的性能指标

速率/比特率/数据率

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率

基本单位：bit/s=b/s=bps

Tb/s=10^3 Gb/s=10^6 Mb/s=10^9 kb/s=10^12 b/s

带宽

单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的最高数据率

单位b/s

吞吐量

单位时间内通过某网络/信道/接口的数据量

受网络的带宽或额定速率的限制

时延

发送时延：

分组长度b/发送速率b/s

发送速率=min{网卡发送速率，信道带宽，交换机路由器的接口速率}

传播时延：

信道长度m/电磁波传播速率m/s

电磁波传播速率：

​ 自由空间：3*10^8 m/s

​ 铜线电缆：2.3*10^8 m/s

​ 光纤电缆：2.0*10^8 m/s

处理时延：

一般忽略不计

时延带宽积

传播时延和带宽的乘积，某一刻链路中有多少比特

又称以比特为单位的链路长度

往返时间RTT

通信双方交互一次所耗费的时间

利用率

信道利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的

网络利用率：全网络的信道利用率加权平均

根据排队论，信道利用率增大，该信道引起的时延也会迅速增大，因此信道利用率并非越高越好，但也不能太低

D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前时延，U表示利用率，则D=D0/1-U

丢包率/分组丢失率

一定时间内，传输过程中丢失的分组数量/总分组数量

类型：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

分组丢失的两种情况：

​ 分组在传输过程中出现误码，被结点丢弃

​ 分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃，通信量较大时可能造成网络拥塞

计算机网络的体系结构

常见的计算机网络体系结构

OSI七层体系结构：

从下往上：物理层，数据链路层，网络层，运输层，会话层，表示层，应用层

是法律上的国际标准

TCP/IP四层结构体系：

应用层：HTTP,SMTP,FTP,DNS,RTP

运输层：TCP，UDP

网际层：IP协议

网络接口层：网络接口1，网络接口2，网络接口3

是事实上的国际标准

五层协议的原理体系结构：

从下往上：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层

更适用于教学

分层都必要性

各层解决的问题：

​ 物理层：使用何种信号来传输比特

​ 数据链路层：分组在一个网络/一段链路上传输的问题

​ 网络层：分组在多个网络间传输（路由）的问题

​ 运输层：进程之间基于网络的通信问题

​ 应用层：应用进程间的交互来实现特定网络应用

分层思想举例

浏览器进程与web服务器进程的交互实例，演示分层逐层封装和解封的过程

专用术语

实体：

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

对等实体：通信双方相同层次中的实体

协议：

控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

三要素：语法，语义，同步

​ 语法定义所交换信息的格式（如IP数据报）

​ 语义定义通信双方所要完成的操作（主机HTTP的GET请求给web服务器，web收到后执行相应操作，并给主机发回HTTP的响应）

​ 同步定义通信双方的时序问题（TCP三报文握手）

对等层次之间传送的数据包：协议数据单元PDU

​ 应用层：报文(message)

​ 运输层：TCP报文段(segment)/UDP用户数据报(datagram)

​ 网络层：IP数据报/分组(packet)

​ 数据链路层：帧(frame)

​ 物理层：比特流(bit stram)

服务

在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务

要实现本层协议，需要使用下一层所提供的服务（下层协议对上层实体是透明的）

协议是水平的，服务是垂直的

服务访问点：同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型

​ 数据链路层：帧的“类型”字段

​ 网络层：IP数据报首部中的“协议字段”

​ 运输层：端口号

服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令

服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包

多个SDU可以合成为一个PDU，一个SDU也可以划分为几个PDU