1. 计算机网络发展的四个阶段

  • 计算机通讯技术发展（modem）
    • 面向终端的数据通讯 - 50年代
  • 计算机网络的形成 （packet switch）
    • 分组交换网的出现 - 1969年ARPANET
  • 网络体系结构的研究及研究
    • SNA、ISO/OSI、TCP/IP
  • 互联网的出现与应用
    • Internet、无线网、物联网
    • 大数据、云计算、人工智能及各类APP

2. 第一阶段：面向终端的计算机网络

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3. 第二阶段：分组交换

  • 电路交换>报文交换>分组交换
  • 实现了分布式的资源共享（多主机互联）
  • 分组交换的数据传输形式（带地址的数据分块）
  • 实现了存储转发、路由选择、安全冗余功能

交换：节点之间的通讯需要通过第三方转接，并按照某种方式动态分配传输资源

资源子网：由主机、终端、终端控制器、联网外设、各种软件资源与信息资源组成。负责全网的数据处理并向网络用户提供各种网络资源与服务

通信子网：由通信控制器处理机、通信线路和其他通信设备组成、负责网络数据传输、转发等通信处理任务

3.1 计算机网络的构成

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  • 计算机网络运行在通信传输子网之上，由用户资源子网和通信传输子网组成业务网。对应的，互联网概念叫做 Core 和 Edge。
  • 主要功能：连通性和共享

3.2 通信传输子网（network core）及分类

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3.2.1 电路交换 Circuit Switching

  • 电路交换在通信之前要在通信双方建立一条被双方独占的物理通路

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3.2.2 分组 packet switching

  • 分组：网络系统将发送的数据分割成小块，每块自带地址，逐块发送，独立路由，这种小块就被称作路由 packet
  • 分组交换：通信双方以分组为单位，使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式

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  • 路由

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3.2.3 三种交换的比较

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  • 电路交换
    • 在通信之前要在双方之间建立一条被双方独占的物理线路
    • 优点
      • 专有线路，数据直达，传输时延非常小，实时性强
      • 双方通信时按照发送顺序传送数据，不存在失序问题
    • 缺点
      • 平均连接建立时间较长
      • 通信双方独占。信道利用率低
  • 分组交换
    • 采用存储转发传输方式，将一个长报文先分割为若干个小报文，然后将这些小报文（携带源、目的地址和编号信息）逐个发送出去
    • 优点
      • 转发操作并行、流水线式传输方式减少了报文的传输时间
      • 独立路由。增加可靠性
    • 缺点
      • 实时性较差
      • 增加了头部尾部等信息，降低了传输效率
      • 可能失序，需要重组
  • 注：分组交换中的虚电路只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而不是真正建立了一条物理连接

3.2.4 delay in packet-switchd network

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  • nodal processiong: 处理时延，一般忽略不计
    • check bit errors
    • determine output link
  • queueing : 排队时延，一般忽略不计
    • time waiting at output link for transmission
    • depends on congestion level of router
  • transmission delay：传输时延（发送时延）
    • R = link bandwidth
    • L = packet length(bit)
    • time to send bits with link = L / R
  • propagation delay ：传播时延
    • d = length of physical link
    • s = propagation speed in medium
    • propagation delay = d/s

3.3 计算机网络的性能指标

3.3.1 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
  • 速率即数据率（data rate）或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标
  • 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s

3.3.2 带宽

  • 带宽本来表示信号具有的频带宽度，单位为赫兹Hz
  • 现在带宽是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是 b/s
  • 常用单位 - 注意是1000倍数
    • kb/s : 10^3 b/s
    • Mb/s: 10^6 b/s
    • Gb/s: 10^9 b/s
    • Tb/s: 10^12 b/s

3.3.3 吞吐量

  • 吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或接口的数据量
  • 吞吐量用于对现实世界中网络的一种测量，以便知道实际上有多少数据量能够通过网络

3.3.4 时延带宽积

  • 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
  • 链路的时延带宽积又被称为以比特为单位的链路长度，也被称为链路的容量

3.3.5 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的加权平均值
  • 信道利用率并不是越高越好

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4. 第三阶段：网络体系结构

  • 网络体系结构：计算机之间相互通信的层次以及各层中的协议的集合
  • 作用
    • 复杂网络的抽象概念描述，形成网络的框架结构，实现网络的结构化设计
    • 对每一层进行功能界定，成为该层次的实现者进行软件编程和硬件设计的依据
  • 协议族
    • 每一层次定义确定的规则
    • 这些分层的规则构成协议族
    • 用协议族实现通信过程
  • 协议：计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则
    • 语法：表示数据与控制信息的结构或格式
    • 语义：指出需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种响应
    • 定时：有关时间顺序的说明或者同步

4.1 网络体系结构的主要概念

4.1.1 每个层次定义三个概念

  • 接口
    • 每层接口告诉上层进程对其的访问方式
    • 定义需要的参数和预期的结果
  • 服务
    • 每层为上层提供服务，定义该层做什么
    • 服务通常使用一组原语操作来描述

  • 协议

    • 定义服务是如何实现的
    • 每层中使用的对等协议只涉及该层的内部事物
    • 协议的修改和替换不影响更高层次

      4.1.2 三个概念之间的相互关系

  • 接口与服务的关系

    • 接口是服务的调用入口
  • 协议与服务的关系
    • 协议是水平的，服务是垂直的

4.2 OSI 七层模型

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5. 第四阶段：Internet

  • 网络把计算机连接起来，互联网把网络连在一起

5.1 关于因特网的标准化工作

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5.2 网络的结构

5.2.1 A closer look at network structure

  • network edge
    • applications and hosts
  • access networks, physical media
    • wired wireless communication links
  • network core
    • interconnected routers
    • network of networks

5.2.2 TCP 模型

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6. 计算机网络

6.1 定义

  • 计算机网络是以实现远程通信为目的，一些互连的、独立自治的计算机的集合
  • 计算机网络是把把地理位置上分散的为能够相互共享资源 （硬，软件，信息）的方式而连接起来，并且各自具有独 立功能的计算机系统之集合
    • 计算机间通信的目的是共享硬、软件、信息资源
    • 各计算机功能独立，地域可以分散
    • 计算机网络应具有网络操作系统
  • 计算机网络是一组相互连在一起的计算机系统的集合
  • 凡将具有独立功能的两个以上计算机系统，通过通信设 备和线路（或无线）将其连接起来，由功能完善的网络 软件（网络协议，操作系统等）实现网络资源共享和信 息交换的系统，称之为计算机网络

6.2 分类

  • 按作用范围：广域网（WAN）、城域网（ MAN）、局域网（LAN）、个域网（PAN）
  • 按使用者（用户）：公用网（Public）、专用 网（Private，企业网或私有网）
  • 按接入方式：电话（窄带）、电信（专线，宽 带、移动４Ｇ／５Ｇ）、微波、卫星等
  • 按传输介质：电话线、光缆、同轴电缆、 CATV光电混合网、微波、卫星等
  • 按产品或协议：Decnet，Novel，SNA，MS 网上邻居、以太网、令牌网等