计算机网络基础——计算机网络概述

计算机网络概述

计算机网络的概念

  1. 广义观点

    只要是能实现远程信息处理的系统或能进一步达到资源共享的系统，都是计算机网络，这样的计算机图通信网络在物理结构上具有计算机网络的雏形，但资源共享能力弱，处于初级阶段

  2. 资源共享观点

    计算机网络是遵循网络协议的且以能够相互共享资源的方式互联起来的独立自治的计算机系统的集合，包含三层含义：

    • 目的：资源共享
    • 组成单元：分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”
    • 网络中的计算机必须遵循的统一规则——网络协议

  3. 用户透明观点

    存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，它能够调用用户所需的资源，而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单一的超级计算机，无需了解网络的存在、资源的位置信息，用户透明观点的定义描述；了一个分布式系统，它是网络未来发展追求的目标

计算机网络的组成

  1. 组成部分角度

    计算机网络主要由硬件、软件、协议三大部分组成，缺一不可

    • 硬件主要由主机、通信链路、交换设备和通信处理机等组成
    • 软件主要由各种实现资源共享的软件和方便用户使用的工具软件组成
    • 协议规定了网络传输数据时所需要遵循的规范

  2. 工作方式角度

    计算机网络分为边缘部分和核心部分

    • 边缘部分由所有连接到互联网上、供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享
    • 核心部分由大量的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

  3. 功能组成

    计算机网络由通信子网和资源子网组成

    • 通信子网由各种传输介质、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
    • 资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的结合，向网络用户提供其他计算机上的软硬件资源和数据资源等服务

计算机网络的功能

  1. 数据通信

    用来实现联网计算机之间的各种信息传递，连接分散在不同地理位置的计算机，进行统一的调配、控制和管理

  2. 资源共享

    • 硬件共享
    • 软件共享
    • 数据共享

  3. 分布式处理

    将计算机处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机，利用其他空闲计算机的资源以提升整个系统的利用率

  4. 提高可靠性

    计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机

  5. 负载均衡

    将工作任务均衡地分配给计算机网络中的其他计算机

计算机网络的分类

  1. 按分布范围分类

    • 广域网

    广域网（WAN，Wide Area Network），也称为远程网，提供长距离通信，覆盖范围几十千米到几千千米，连接广域网的各节点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量，采用交换技术

  • 城域网

    城域网（MAN，Metropolitan Area Network），范围5~50千米，大多采用以太网技术

  • 局域网

    局域网（LAN，Local Area Network）， 覆盖范围几十米到几千米，一般用微机或工作站通过高速线路连接，采用广播技术

  • 个人区域网

    个人区域网（PAN，Personal area network），指的是在个人工作的地方将消费电子设备用无线技术连接起来的网络，覆盖范围直径约为10M

  1. 按传输技术分类

    • 广播式网络
      所有联网计算机都共享一个公共通信通道

    • 点对点网络
      每条物理线路连接一对计算机

  2. 按拓扑结构分类
    网络拓扑结构指的是网中结点（路由器、主机等）与通信线路（网线）之间的几何关系表示的网络结构，主要指的是通信子网的拓扑结构

    • 星型网络

    • 总线型网络

    • 环形网络

    • 网状型网络

  3. 按使用者分类

    • 公用网（Public Network）

    • 专用网（Private Networ）

  4. 按交换技术分类

    • 电路交换网络

      电路交换网络在源节点和目的结点之间建立一条专用通路用于传输数据，包括建立连接、传输数据和断开连接三个阶段

      • 优点：数据直接传输、时延小

      • 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

      报文交换网络又称转发-交换网络，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，传送到相邻结点存储后在转发给下一个结点，重复这一个过程直至到达目的结点。

      • 优点：较为充分地利用线路容量，可以实现不同的链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制

      • 缺点：增大了资源开销，增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱，缓冲区难以管理

    • 分组交换网络

      分组交换网络又称包交换网络，原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，在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，主要特点是单个分组传送到相邻结点，存储后转发

      • 优点：具备报文交换的优点，缓冲易于管理，包的平均时延迟小，网络占用的平均缓冲区少，更易于标准化应用

      • 缺点：时延抖动，额外开销大

  5. 按传输介质分类

    • 有线网络
      双绞线网络、同轴电缆网络
    • 无线网络
      蓝牙、微波、无线电

计算机网络的标准化工作及其相关组织

  1. 标准化

    因特网所有标准以RFC（Request For Comments）的形式在因特网上发布，但非每个RFC都会因特网标准，需要经历以下四个阶段

    • 因特网草案（Internet Draft）

    • 建议标准（Proposed Standard）

    • 草案标准（Draft Standard）

    • 因特网标准（Internet Standard）

  2. 标准化组织

    • 国际标准化组织（ISO）
    • 国际电信联盟（ITU）
    • 国际电气电子工程师协会（IEEE）

计算机网络的性能指标

  1. 带宽
    带宽（Bandwidth），在计算机网络中表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传达的最高数据率，单位是比特每秒（bit/s）

  2. 时延
    时延（Delay），指的是数据从网络的一端传送到另一端所需要的总时间

    • 发送时延
      从发送分组的第一个比特开始到最后一个比特发送完毕所需的时间
      发送时延 = 分组长度 / 信道宽度

    • 传播时延
      一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间
      传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率

    • 处理时延
      数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间

    • 排队时延
      分组在进入路由器输入队列中排队等待处理所需的时间

  3. 时延带宽积

    时延带宽积，指的是发送端连续发送数据且发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已发出的比特数量
    时延带宽积 = 传播时延 * 信道带宽

  4. 往返时延

    往返时延（RTT，Round-Trip Time），指的是从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认总共经历的时延

  5. 吞吐量

    吞吐量（Throughput），指的是单位时间内通过某个网络的数据量，受到网络代码或网
    络额定速率的限制

  6. 速率

    速率（Speed），又称数据率或比特率，是指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，单位是bit/s，通常把最高速率称为带宽

鸣谢

王道考研计算机网络

最后

  • 由于博主水平有限，不免有疏漏之处，欢迎读者随时批评指正，以免造成不必要的误解！

计算机网络基础——计算机网络概述

计算机网络概述

计算机网络的概念

  1. 广义观点

    只要是能实现远程信息处理的系统或能进一步达到资源共享的系统，都是计算机网络，这样的计算机图通信网络在物理结构上具有计算机网络的雏形，但资源共享能力弱，处于初级阶段

  2. 资源共享观点

    计算机网络是遵循网络协议的且以能够相互共享资源的方式互联起来的独立自治的计算机系统的集合，包含三层含义：

    • 目的：资源共享
    • 组成单元：分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”
    • 网络中的计算机必须遵循的统一规则——网络协议

  3. 用户透明观点

    存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，它能够调用用户所需的资源，而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单一的超级计算机，无需了解网络的存在、资源的位置信息，用户透明观点的定义描述；了一个分布式系统，它是网络未来发展追求的目标

计算机网络的组成

  1. 组成部分角度

    计算机网络主要由硬件、软件、协议三大部分组成，缺一不可

    • 硬件主要由主机、通信链路、交换设备和通信处理机等组成
    • 软件主要由各种实现资源共享的软件和方便用户使用的工具软件组成
    • 协议规定了网络传输数据时所需要遵循的规范

  2. 工作方式角度

    计算机网络分为边缘部分和核心部分

    • 边缘部分由所有连接到互联网上、供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享
    • 核心部分由大量的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

  3. 功能组成

    计算机网络由通信子网和资源子网组成

    • 通信子网由各种传输介质、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
    • 资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的结合，向网络用户提供其他计算机上的软硬件资源和数据资源等服务

计算机网络的功能

  1. 数据通信

    用来实现联网计算机之间的各种信息传递，连接分散在不同地理位置的计算机，进行统一的调配、控制和管理

  2. 资源共享

    • 硬件共享
    • 软件共享
    • 数据共享

  3. 分布式处理

    将计算机处理的某个复杂任务分配给网络中的其他计算机，利用其他空闲计算机的资源以提升整个系统的利用率

  4. 提高可靠性

    计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机

  5. 负载均衡

    将工作任务均衡地分配给计算机网络中的其他计算机

计算机网络的分类

  1. 按分布范围分类

    • 广域网

    广域网（WAN，Wide Area Network），也称为远程网，提供长距离通信，覆盖范围几十千米到几千千米，连接广域网的各节点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量，采用交换技术

  • 城域网

    城域网（MAN，Metropolitan Area Network），范围5~50千米，大多采用以太网技术

  • 局域网

    局域网（LAN，Local Area Network）， 覆盖范围几十米到几千米，一般用微机或工作站通过高速线路连接，采用广播技术

  • 个人区域网

    个人区域网（PAN，Personal area network），指的是在个人工作的地方将消费电子设备用无线技术连接起来的网络，覆盖范围直径约为10M

  1. 按传输技术分类

    • 广播式网络
      所有联网计算机都共享一个公共通信通道

    • 点对点网络
      每条物理线路连接一对计算机

  2. 按拓扑结构分类
    网络拓扑结构指的是网中结点（路由器、主机等）与通信线路（网线）之间的几何关系表示的网络结构，主要指的是通信子网的拓扑结构

    • 星型网络

    • 总线型网络

    • 环形网络

    • 网状型网络

  3. 按使用者分类

    • 公用网（Public Network）

    • 专用网（Private Networ）

  4. 按交换技术分类

    • 电路交换网络

      电路交换网络在源节点和目的结点之间建立一条专用通路用于传输数据，包括建立连接、传输数据和断开连接三个阶段

      • 优点：数据直接传输、时延小

      • 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

      报文交换网络又称转发-交换网络，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，传送到相邻结点存储后在转发给下一个结点，重复这一个过程直至到达目的结点。

      • 优点：较为充分地利用线路容量，可以实现不同的链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制

      • 缺点：增大了资源开销，增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱，缓冲区难以管理

    • 分组交换网络

      分组交换网络又称包交换网络，原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，在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，主要特点是单个分组传送到相邻结点，存储后转发

      • 优点：具备报文交换的优点，缓冲易于管理，包的平均时延迟小，网络占用的平均缓冲区少，更易于标准化应用

      • 缺点：时延抖动，额外开销大

  5. 按传输介质分类

    • 有线网络
      双绞线网络、同轴电缆网络
    • 无线网络
      蓝牙、微波、无线电

计算机网络的标准化工作及其相关组织

  1. 标准化

    因特网所有标准以RFC（Request For Comments）的形式在因特网上发布，但非每个RFC都会因特网标准，需要经历以下四个阶段

    • 因特网草案（Internet Draft）

    • 建议标准（Proposed Standard）

    • 草案标准（Draft Standard）

    • 因特网标准（Internet Standard）

  2. 标准化组织

    • 国际标准化组织（ISO）
    • 国际电信联盟（ITU）
    • 国际电气电子工程师协会（IEEE）

计算机网络的性能指标

  1. 带宽
    带宽（Bandwidth），在计算机网络中表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传达的最高数据率，单位是比特每秒（bit/s）

  2. 时延
    时延（Delay），指的是数据从网络的一端传送到另一端所需要的总时间

    • 发送时延
      从发送分组的第一个比特开始到最后一个比特发送完毕所需的时间
      发送时延 = 分组长度 / 信道宽度

    • 传播时延
      一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间
      传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率

    • 处理时延
      数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间

    • 排队时延
      分组在进入路由器输入队列中排队等待处理所需的时间

  3. 时延带宽积

    时延带宽积，指的是发送端连续发送数据且发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已发出的比特数量
    时延带宽积 = 传播时延 * 信道带宽

  4. 往返时延

    往返时延（RTT，Round-Trip Time），指的是从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认总共经历的时延

  5. 吞吐量

    吞吐量（Throughput），指的是单位时间内通过某个网络的数据量，受到网络代码或网
    络额定速率的限制

  6. 速率

    速率（Speed），又称数据率或比特率，是指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，单位是bit/s，通常把最高速率称为带宽

鸣谢

王道考研计算机网络

最后

  • 由于博主水平有限，不免有疏漏之处，欢迎读者随时批评指正，以免造成不必要的误解！