计算机网络学习笔记
1.1 计算机网络定义及特点
“网络”是一个统称,泛指把人或物互联在一起而形成的系统。
大众熟悉的三大类网络:
- 电信网络: 提供电话,电报以及传真等服务。
- 有线电视网络: 想用户传送各种电视节目。
- 计算机网络:使用户能在计算机之间传送数据文件。
发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。现在三网融合
计算机网络的定义:
计算机网络的精确定义并未统一
较好的定义:
计算机网络主要是是由一些通用的、可编程的硬件互联而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如,传送数据或电视信号)。这些可编程的硬件能用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的和日益增长的应用。
重要的两点:
- 多种硬件:包括计算机,智能手机,智能传感器等。
- 多种应用:包括数据,语音,视频以及今后可能出现的各种应用。
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比起直接连通一样。
- 注意,互联网具有虚拟的特点,无法准确知道对方是谁,也无法知道对方的位置。
- 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。
![计算机网络1](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络1.png)
1.2.1 互联网概念
互联网定义:
互联网,特指Internet,它起源于美国,是由数量极大的各种计算机网络互联起来而形成的一种互联网络。它采用TCP/IP协议族作为通信规则,是一个覆盖全球,实现全球范围内连通性和资源共享的计算机网络。
互联网与互连网
相似之处:网络的网络
不同之处:
- 互联网(Internet):
- 特指遵循TCP/IP标准,利用路由器将各种计算机网络互连起来而形成的,一个覆盖全球的,特地的互连网
- 使用TCP/IP
- 是一个专用的名词
- 互连网(internet)
- 泛指有多个不同种类型计算机网络互连而成的网络
- 除TCP/IP外,还可以使用其他协议。
- 是一个通用名词
1.2.2 互联网基础结构发展的三个阶段
第一阶段:从单个网络ARPANET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联网相互通信。
- 人们把1983年作为互联网的诞生事时间。
- 1990年,ARPANET正式宣布关闭。
第二阶段:建成了三级结构的互联网
- 它是一个三级计算机网络,分为主干网,地区网和校园网(或企业网)
第三阶段:逐渐形成了多层次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缴纳规定的费用,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。
![计算机网络2](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络2.png)
1.2.3 互联网的标准化工作
所有互联网标准都以RFC的形式在互联网上发表
- 之前要经过三个阶段
- 互联网草案(Internet Draft)--有效期只有六个月。在这个阶段不是RFC文档。
- 建议标准(Proposed Standard)--从这个阶段就称为RFC文档
- 互联网标准(Internet Standard)--达到正式标准后,每个标准就分配到一个编号STD xxx,一个标准可以和多个RFC文档关联。
- 现在简化为两个阶段:j建议标准,互联网标准。
除了建议标准和互联网标准这两种RFC文档外,还有三种RFC文档,即历史的,实验的和提供信息的RFC文档。
1.3 互联网的组成
![计算机网络3](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络3.png)
互联网的边缘部分:
- 处于互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机,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。
- 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),当然也可以是某个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“。
端系统之间两种通信方式
端系统之间的通信方式通常可划分为两类:
客户-服务器方式(C/S方式)即Client/Server方式,简称C/S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提供的服务
![计算机网络4](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络4.png)
服务器软件的特点
- 一种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,客户和服务器都可以发送和接收数据。
对等方式(P2P方式)即Peer-to-Peer,简称为P2P方式。
- 对等连接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,对等的连接通信。
- 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
- ![计算机网络5](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络5.png)
- 对等连接方式的特点
- 对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式,只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
- 例如主机C请求D的服务时,C是客户,D是服务器。但如果C又同时向F提供服务,那么C又同时起着服务器的作用。
- 对等连接工作方式可支持大量对等用户(如上百网个)同时工作。
1.3.2互联网核心部分
- 在网络核心部分起到特殊作用的是路由器(router)。
- 路由器是实现分组交换的关键构件,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的最重要的功能。
典型的交换技术包括:
- 电路交换
- 2部电话机只需要1根电线连接就能直接互相通话
- 5部电话机两两直接连接,需要10根电线。
- N部电话机两两直接相连需要N(N-1)/2根电话线。这种直接连接方法所需要的电线数量与电话机的数量的平方(N^2)成正比
- 当电话机的数量增多时,就要使用交换机来完成全网的交换任务。每一部电话都直接连接到交换机上,而交换机使用交换的方法,让电话用户彼此之间可以很方便地通信。所采用的交换方式就是电路交换(circuit switching)
- “交换”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的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
- 这导致在传送计算机数据时,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1%)
- ![计算机网络6](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络6.png)
- 分组交换
- 分组交换的主要特点:
- 分组交换采用存储转发技术
- 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。
- 添加部首构成分组:
- 每一个数据段前面添上部首构成分组(packet)。
- 分组交换的传输单元:
- 分组交换网以”分组“作为数据传输单元。
- 依次把各分组发送到接收端(假定接收端在左边)
- 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。
- 每一个分组在互联网中独立的选择传输路径。
- 用这样的存储转发方式,最后分组就能到达最终目的地。
- ![计算机网络7](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络7.png)
- ![计算机网络8](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络8.png)
- 路由器:
- 在路由器中的输入输出端口没有直接连线。
- 路由器处理分组的过程是:
- 把收到的分组先放入缓存(暂时存储)
- 查找转发表,找到某一个目的地址应从哪个端口转发。
- 把分组送到适当的端口转发出去。
- 主机和路由器的作用不同
- 主机是为了用户进行信息处理的,并向网络发送分组,从网络接收分组
- 路由器对分组进行存储转发,最后把分组交付目的主机。
- 收到分组后剥去首部
- 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。
- 最后还原成原来的报文
- 最后,接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
- 这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错,在转发时也没有被丢弃。
- 分组交换的优点
- 高效:在分组传输的过程中动态的分配传输带宽,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,可以先不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,这就回造成一定的时延。
- 分组必须携带的部首(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的开销。
- 存储转发原理并非完全新的概念
- 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
- 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。
- 分组交换的主要特点:
- 报文交换
- ![计算机网络10](/home/h4ck3r/文档/Ling’s Blog/web/source/Blog_Img/计算机网络10.png)
互联网的核心部分采用了分组交换技术
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。
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