一、计算机网络的特点

连通性 (Connectivity)

使上网用户之间都可以交换信息（数据，以及各种音频视频），好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。注意，互联网具有虚拟的特点，无法直接的知道对方是谁，和对方的位置。

共 享 (Sharing)

指资源共享。资源共享的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，方便使用。

二、互联网发展的三个阶段

第一阶段：从单个网络 ARPANET(1969) 向互联网发展的过程。

1983 年，TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。1990 年，ARPANET 正式宣布关闭。

第二阶段：1985 年起，建成了三级结构的互联网。（美国国家科学基金会，围绕 6 个大型计算机中心构建了 NSF-Net）。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网。覆盖了全美的大学和研究所。

第三阶段：1993 年后，逐渐形成了商用的，多层次 ISP 结构的互联网。

出现了互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP 和本地 ISP。

三、互联网的组成（边缘部分，核心部分）

从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：

边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。

(一) 边缘部分

处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。端系统在功能上可能有很大的差别：小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头。大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。

3.端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），也可以是某个 ISP。

端系统之间通信的含义：“主机 A 和主机 B 进行通信”实际上是指：“运行在主机 A 上的某个程序和运行在主机 B 上的另一个程序进行通信”。即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。简称为“计算机之间通信”。

端系统之间的两种通信方式：

1. 客户-服务器方式

客户 (client) 和服务器 (server) 都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

客户软件的特点 ：

用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服 务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的 IP 地址或域名。不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器软件的特点

专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自 各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。

2.对等连接方式

对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P ) 是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件 ( P2P 软件) ，它们就可以进行平等的、对等连接通信。

(二) 核心部分：

网络核心部分是互联网中最复杂的部分。网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

分组转发是网络核心部分最重要的功能。

四、交换方式

典型交换技术包括：

电路交换

“交换”的含义：

“交换”(switching)的含义就是转接——把一条电话线转接到另一条电 话线，使它们连通起来。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

电路交换的特点

电路交换必定是面向连接的。电路交换分为三个阶段： 建立连接：建立一条专用的物理通路，以保证双方通话时所需 的通信资 源在通信时不会被其他用户占用；通信：主叫和被叫双方就能互相通电话；释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路（释放刚才占 用的所有通信资源）。计算机数据具有突发性，且占用端的全部资源。这导致在传送数据时，通信线路的利用率很低（用来传送数据的时间往往不到 10% 甚至不到 1% ）。

2. 分组交换

分组交换的主要特点

分组交换在电路交换基础上，采用存储转发技术。在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。每个分组在互联网中独立地选择传输路径。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

分组交换的优点高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。灵活为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。迅速以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。可靠保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性分组交换带来的问题

分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。需要有额外的管理和控制机制。

3.报文交换等。

在 20 世纪 40 年代， 电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换

(message switching)。报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用 了。

三种交换的比较:若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。互联网的核心部分采用了分组交换技术。

五、计算机网络的分类

计算机网络有多种类别。有多种分类方法，包括：

1.按照网络的作用范围进行分类

广域网 WAN (Wide Area Network) ：作用范围通常为几十到几千公里。城域网 MAN (Metropolitan Area Network) ：作用距离约为 5~50 公里。局域网 LAN (Local Area Network) ：局限在较小的范围（如 1 公里左右）。个人区域网 PAN (Personal Area Network) ：范围很小，大约在 10 米左右。若中央处理机之间的距离非常近（如仅 1 米的数量级甚至更小些），则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。

2.按照网络的使用者进行分类

公用网 (public network) ：按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网。专用网 (private network) ：为特殊业务工作的需要而建造的网络。

3.用来把用户接入到互联网的网络

接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。在小区中常见。从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网。从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。

六、计算机网络的性能

(一) 计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标，主要包括：

1、速率

比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。比特（bit）来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。速率是计算机网络中重要的一个性能指标，指的是数据的传送速率，它也称为数 据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。速率的单位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、Gbit/s 等。例如 4´1010bit/s的数据率就记为 40Gbit/s。速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。

2、带宽

两种不同意义：

“带宽”(bandwidth) 本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。表示在单位时间 内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s，即 “比特每秒”。

在“带宽”的上述两种表述中，前者为频域称谓，而后者为时域称谓，其本质是相同的。也就是说，一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。

3、吞吐量

吞吐量 (throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有 多少 数据量能够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4、时延

时延 (delay 或 latency) 是指数据（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。有时也称为延迟。网络中的时延由以下几个不同的部分组成：

（1）发送时延发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。

也就是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所需的时间。

发送速率，理想下是设备的信道带宽。考察的时候往往相等。

（2）传播时延

电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

传播时延与发送时延有本质上的不同。

电磁波的速度就是光速：3*108 米/每秒，根据传输介质不同，速度不同

（3）处理时延

主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。

（4）排队时延

分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

5、时延带宽积

6、往返时间

互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的。因此，有时很需要知道双向交互一次所需的时间。往返时间 RTT (round-trip time) 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，总共经历的时间。（ping）在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据 时的发送时延。

7、利用率

分为信道利用率和网络利用率。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就 迅速增加。

(二) 一些非性能特征也很重要。它们与前面介绍的性能指标有很大的关系。主要包括：

费用质量标准化可靠性可扩展性和可升级性易于管理和维护

七、计算机网络体系结构

好处

各层之间是独立的。灵活性好。结构上可分割开。易千实现和维护。能促进标准化工作。

缺点

增加复杂度降低效率

八、实体、协议、服务之间的关系

实体 (entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。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，还需要使用下层所提供的服务。

协议和服务在概念上是不一样的

本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。即下面的协议对上面的服务用户是透明的，不可见的。协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。上层使用服务原语（接口调用）获得下层所提供的服务。

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