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【计算机网络】概述

2022/03/04 18:22:29

本章要点

  1. 互联网边缘部分和核心部分的作用。
  2. 计算机网络的性能指标。
  3. 计算机网络分层次的体系结构。

摘要

  1. 高速链路提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。
  2. 荷载信息的电磁波在通信线路上的传播速率取决于通信线路的介质材料。
  3. 电磁波在光线中的传播速率为 2 * 10^5 km/s，1000km 长的光线线路产生的传播时延大概是 5ms。
  4. 计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构。
  5. 互联网的两个基本特点：连通性和共享。

互联网的发展

互联网的诞生

  • 1969 年美国国防部创建了第一个分组交换网 ARPANET
  • 20 世纪 70 年代， ARPA 开始研究多种网络互连的技术，这导致了互连网络的出现，形成了互联网的雏形。
  • 1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 的标准协议，所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网互相通信，1983 年被认为是互联网的诞生时间。
  • 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭。

互联网基础结构的三个发展阶段

  • 从单个网络 ARPANET 向互连网发展，互联网的诞生。

  • 建成了三级结构的互联网。

    1985 年起，美国国家科学基金会 NFS 就围绕六个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网 NSFNET。它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网。1991 年美国政府将主干网转交给私人公司来运营。

  • 逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。

    1993 年开始，由美国政府资助的 NSFNET 逐渐被若干个商用的互联网主干网替代。现在的互联网已不是某个单个组织所拥有而是全世界大大小小的 ISP 所共同拥有。

互联网的组成

按照工作方式可将互联网分为两部分：

  • 边缘部分：所有连接在互联网的主机，即客户端。
  • 核心部分：由大量网络和路由器组成，核心部分为边缘那部分提供服务（连通性和交换）。

边缘部分

在端系统之间调的通信方式通常可分为两大类：客户-服务器方式（C/S）和对等方式（P2P）。

  • 对等连接 P2P(peer-to-peer)

    通信双方不区分谁是客户端谁是服务端，只要两者都运行了 P2P 软件，就可以进行平等的连接通信。这时双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

    本质上讲，对等连接方式依然是使用 C/S 模式，知识对等连接中的每一台主机既是服务端又是客户端。

核心部分-分组交换

互联网核心部分的一个重要功能是分组交换。

相比于电路交换，分组交换的方式更适合互联网。

分组是互联网中传送的数据单元，在分组交换中将要发送的整个数据块称为报文，在发送之前会将报文划分为一个个等长的小数据块，报文头部会存储目的地址和源地址等重要的控制信息。

分组交换采用存储转发技术：路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器，直到将分组交付到目标主机。

各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息，以便创建和动态维护路由器中的转发表，使转发表能够及时更新。

采用存储转发的分组交换，实际上是采用了在数据通信过程中断续分配传输带宽的策略。

名词及概念

主机

与网络相连的计算机常称为主机（host）。

连接在计算机网络上的智能手机也可以认为是主机。

internet 互连网

泛指由多个计算机网络组成的更大的计算机网络，这些网络之间的通信协议可以任意选择，不一定非得是 TCP/IP 协议。

许多计算机连接在一起形成计算机网络，互连网（注意名词）则把许多计算机网络通过路由器连接在一起形成更大的计算机网络。

Internet 互联网

指当前全球最大的、开放的、由众多网络互相连接而成的特定互连网，采用 TCP/IP 协议族作为标准通信协议，前身是美国的 ARPANET。

ISP

Internet Service Provider 互联网服务提供者/提供商、网络运营商。

很多情况下 ISP 就是一个进行商业活动的公司，如中国电信、中国联通和中国移动。

ISP 可以从互联网管理机构申请租赁 IP 地址，同时拥有通信线路（大厂自己造，小厂向大厂租）及路由器等连网设备，任何机构和个人只要向 IPS 付费，就可以从该 ISP 获取 IP 地址的使用权，并可以通过该 ISP 接入到互联网。

电路交换

一种交换方式，需要经过三个步骤：

  • 建立连接
  • 通话
  • 释放连接

电路交换的重要特点是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

网络协议

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

网络协议主要由一下三部分组成：

  • 语法：即数据与控制信息的结构或格式。
  • 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种相应。
  • 同步：事件实现顺序的详细说明。

疑问

IP 地址是由什么机构分配的?

所有的公有 IP 地址（Public address） 都由国际组织 Inter NIC（Internet Network Information Center 因特网信息中心）负责统一分配，目前全世界共有三个这样的网络信息中心。这些 IP 地址分配给注册并向 Inter NIC 提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。

我国申请 IP 地址要通过 APNIC，APNIC 的总部设在日本东京大学，后于 1998 年迁到澳大利亚布里斯班。

路由表存储在路由器中？

路由表存储在路由器中。

路由表可以分为静态路由表和动态路由表。

静态路由表由管理员设置，也可以通过主机控制。

动态路由表是在路由器上运行一个路由协议程序，这个程序会根据当前的网络拓扑动态修改路由表。