计算机网络 第一章 计算机网络体系结构

众所周知，第一章一般是作为绪论，整本书的知识点基本都点一下，但是却不会深入，这一章的知识主要是作为引入的角色。

1.1 计算机网络概述

所谓计算机，就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。其定义主要有三个观点：
①广义观点认为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。
②资源共享观点认为计算机网络是以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。
③用户透明性观点认为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要的资源，而整个网络就像一个大的2计算机系统一样对用户是透明的。

对于计算机网络的组成，不同的角度也会有不同的划分：
①从组成部分上看：
一个完整的计算机网络主要有硬件、软件、协议三部分组成，缺一不可，三者之中，协议是计算机网络的核心。
②从工作方式上看：
计算机网络可以划分为边缘部分和核心部分，边缘部分是指所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机，用来进行通信和资源共享；核心部分则对应大量的网络和连接网络的路由器。

③从功能组成上看：
计算机网络由通信子网和资源子网组成。通信子网是由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，而资源子网是实现资源共享功能的设备和软件的集合。

计算机网络主要有五大功能：
数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡。

计算机网络根据不同的分类方式，可以进行不同的划分：
①按分布范围分类：
广域网、城域网、局域网、个人区域网
②按传输技术分类：
a、广播式网络
所有联网计算机都共享一个公共通信信道，一台计算机发送报文分组时，所有共用信道的计算机都会收到这个分组，然后由各个收到分组的计算机通过检查目标地址来确定是否接收该分组。一般局域网采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采用此方式。
b、点对点网络
每条物理线路连接一对计算机，如果通信的两台主机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储和转发，直至目的节点。广域网基本都采用点对点网络。
是否采用分组存储转发与路由选择机制是两种网络的重要区别。
③按拓扑结构分类：
网络的拓扑结构是指由网络中的结点与通信线路之间的几何关系表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构。一般有如下的几种分类：

④按使用者分类：
公用网、专用网
⑤按交换技术分类：
交换技术是指各台主机之间、各通信设备之间或通信设备之间为交换信息所采用的数据格式和交换设置的方式，可以分为下面三种：
a、电路交换网络：
在源结点和目的结点之间建立一条专用的通路用于传送数据，包括建立连接、传输数据和断开连接三部分。该类网络主要特点是整个报文的比特流连续地从源点直达终点。数据直接传送、时延小，但是线路利用率低，不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制。简而言之，即一次性向终点传输全部内容。
b、报文交换网络：
用户的数据加上辅助信息后封装成报文，整个报文传送到相邻结点，全部存储后再传送到下一个临近结点，直到到达目标节点。该网络主要特点是整个报文一个一个结点进行传送。优点是可以充分地利用线路容量，实现不同链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可以实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制。缺点则是该方式增大了资源开销，增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证顺序，而且缓冲区难以管理。简而言之，即一次性向邻近结点传输全部内容。
c、分组交换网络：
其原理是将数据分成较短的固定长度的数据块，以块为单位进行传送。其主要特点是单个分组传送到临近结点，存储后转发到另一个结点。该方式除了具有报文交换网络的优点之外，更加易于管理，网络占用的平均缓冲区更少，更利于标准化。简而言之，即分组传送到临近结点。
⑥按传输介质分类：
有线和无线。

衡量计算机网络具有许多的性能指标，常用的性能指标如下：
①带宽：
原指通信线路允许通过的信号频带范围，单位是赫兹，这种定义也称为频域定义。在计算机网络中，带宽则表示网络通信线路所能传送数据的能力，是数字信道的最高数据率，这种定义也称为时域定义。
②时延：
指的是数据从网络的一端传送到另一端所需要的总时间，由四部分构成：
a、发送时延
结点将分组的所有比特推向传输链路所需要的时间，即一个比特送发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需要的时间，计算公式为：分组长度/信道宽度。
b、传播时延
电磁波在信道中传播一定距离所需要的时间，即一个比特从链路的一段传播到另一段需要的时间。计算公式为：信道长度/电磁波在信道上的传播速率。
c、处理时延
数据在交换结点中为存储转发而进行的一些必要的处理所需要的时间。
d、排队时延
分组进入路由器后排队等待处理所需要的时间。
实际数据在网络中经历的总时延就是上面四部分的时延之和。
需要注意的是，一般题目中的排队时延和处理时延可以忽略不记，另外，对于高速链路，提高的仅仅是数据发送速率而不是比特在链路上的传播速率，这部分主要是由链路性质所决定的，提高数据的发送速率主要是为了减少发送时延。
③时延带宽积：
指的是发送段从发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送出了多少个比特，也称为以比特为单位的链路长度，计算公式为传播时延×信道宽度。

④往返时延：
从发送端发送开始，到发送端收到来自接收端的确认，总共经历到的时延。互联网中，往返时延还包括中间各个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。
⑤吞吐量：
单位时间通过某个网络的数据量。
⑥速率：
连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送的速率，也称为数据率或者比特率。将最高数据率称为带宽。
⑦信道利用率：
某一信道有百分之几的时间是有数据通过的，即信道利用率等于有数据通过时间/总时间。信道利用率并不是越高越好，一旦超过了50%时延会急剧增加。

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

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