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1、第一章概述1.1 计算机网络在信息时代的作用1.2 互联网概述1.2.1网络的网络网络(network)：由若干结点(node) 和连接这些结点的链路(link)组成。 结点可以是计算机、路由器、交换机、智能手机等。互连网（internet）：“网络的网络”，网络之间通过路由器互连。互联网（Internet）：起源于美国，把许多网络连接在一起，现已发展成为世界上最大的、开放的国际性计算机互联网。它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，其前身是美国的 ARPANET。网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络连接的计算机常称为主机。互联网是全球最大的特定互连
2、网。1.2.2互联网三个阶段1. 第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。2. 第二阶段的特点是组成了三级结构的互联网。3. 第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。（ISP：互联网服务提供者）1.2.3 互联网的标准化工作制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：（1） 因特网草案(Internet Draft) 在这个阶段还不是 RFC 文档。互联网草案的有效期只有六个月。（2） 建议标准(Proposed Standard) 从这个阶段开始就成为 RFC 文档（3） 互联网标准(Internet Standard) 1.3 互联网的组成1.3.1互联网的边缘部分定
3、义：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。通讯方式： l 客户（client）和服务器(server)方式。描述了进程之间服务和被服务的关系。（客户和服务器都指计算机进程（软件）l 对等连接（P2P）。双方进行平等的、对等连接通信1.3.2互联网的核心部分定义：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（提供连接性和交换）。1. 路由器： 一种专用计算机。实现分组交换的关键构件，任务是转发收到的分组。是核心部分最重要的功能。2. 电路交换的三种方式 (1) 两部电话直接相连(2) 多部电话两两直接相连(3
4、) 用交换机连接多部电话经过“建立连接（占用通信资源）通话（一直占用通信资源）释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式叫做电路交换3. 分组交换 采用存储转发技术 (1) 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。(2) 每一个数据段前面添加上首部构成分组，首部中含有地址等控制信息。(3) 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。(4) 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。(5) 接收端收到分组后剥去首部还原成报文。1.4 计算机在我国的发展1.5 计算机网络的类别定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互
5、连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。这些可编程的硬件能够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。l 以网络范围分类 广域网（WAN）城域网（MAN）区域网（LAN）个人区域网（PAN）l 以使用者分类 公用网 (public network)专用网 (private network)把用户接入互联网的网络 - 接入网(AN)1.6 互联网的性能1. 速率:是数据的传送速率。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s等2. 带宽:数字信道所能通过的“最高数据率”，单位是(bit/s)，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
6、. 吞吐量:在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。4. 时延: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公式：发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）例题：假定有一个长度为100MB的数据块（1MB=B，1B=8bit）。在带宽为1Mbit/s的信道上连续发送（即发送速率为1Mbit/s），其发送时延是：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公式：发送时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延总时延：发送时延、传播时延、处理时延
7、和排队时延之和时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延 X 带宽往返时间RTT(Round-Trip Time)：从发送方发送数据开始，到发送方收到确认总共经历的时间5.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：全网络的信道利用率的加权平均值。1.7 计算机网络的体系结构1.7.1体系结构的形成系统网络体系结构：SNA开放系统互连基本参考模型：OSI/RM国际化标准：TCP/IP1.7.2协议与层次划分网络协议(network protocol)：为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定组成要素：1. 语法：即数据与控制信息
8、的结构或格式2. 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响应3. 同步：即时间实现顺序的详细说明分层好处多1 各层之间是独立的2 灵活性好3 结构上可分割开4 易于实现和维护5 能促进标准化工作层数要适当1 差错控制2 流量控制3 分段和重装4 复用和分用5 连接建立和释放1.7.3具有五层协议的体系结构l TCP/IP的四层结构 应用层、运输层、网际层、网络接口层l 五层协议 应用层(application layer) ：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。运输层(transport layer) ：向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。传输控制协议TCP：
9、提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段用户数据报协议UDP：提供无连接、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输单位是用户数据报。网络层(network layer) ：分组转发、路由选择。IP。（互联网是由大量的异构网络通过路由器互相连接起来的。）数据链路层(data link layer) ：在两相邻结点间的线路上传送以“帧”为单位的数据。物理层(physical layer) ：透明地传送比特流。1.7.4实体、协议、服务和服务访问点l 实体(entity)：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。l 协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。它
10、是水平的，控制对等实体间的通讯规则。l 服务：是垂直的，由上层与下层间通过层间接口获得。1.7.5TCP/IP的体系结构习题答案1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务？答： 连通性和共享1-02 简述分组交换的要点。答：（1）报文分组，加首部（2）经路由器储存转发（3）在目的地合并1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。 答： （1）电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高。（2）报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速。（3）分组交换：具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由
11、灵活，网络生存性能好。1-04 为什么说因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革？答： 融合其他通信网络，在信息化过程中起核心作用，提供最好的连通性和信息共享，第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力。1-05 因特网的发展大致分为哪几个阶段？请指出这几个阶段的主要特点。答：从单个网络APPANET向互联网发展；TCP/IP协议的初步成型 建成三级结构的Internet；分为主干网、地区网和校园网；形成多层次ISP结构的Internet；ISP首次出现。1-06 简述因特网标准制定的几个阶段？答：（1）因特网草案(Internet Draft) 在这个阶段还不是 RFC 文档。（2）建议标准(
12、Proposed Standard) 从这个阶段开始就成为 RFC 文档。（3）草案标准(Draft Standard)（4） 因特网标准(Internet Standard) 1-07小写和大写开头的英文名internet 和Internet在意思上有何重要区别？ 答：（1） internet（互联网或互连网）：通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。；协议无特指（2）Internet（因特网）：专用名词，特指采用 TCP/IP 协议的互联网络。区别：后者实际上是前者的双向应用1-08 计算机网络都有哪些类别？各种类别的网络都有哪些特点？答：按范围：（1）广域网WAN：远程、高速、是
13、Internet的核心网。 （2）城域网：城市范围，链接多个局域网。 （3）局域网：校园、企业、机关、社区。 （4）个域网PAN：个人电子设备按用户：公用网：面向公共营运。专用网：面向特定机构。1-09 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么？答：主干网：提供远程覆盖高速传输和路由器最优化通信。本地接入网：主要支持用户的访问本地，实现散户接入，速率低。1-10 试在下列条件下比较电路交换和分组交换。要传送的报文共x（bit）。从源点到终点共经过k段链路，每段链路的传播时延为d（s），数据率为b(b/s)。在电路交换时电路的建立时间为s(s)。在分组交换时分组长度为p(bit)，且各结
14、点的排队等待时间可忽略不计。问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？（提示：画一下草图观察k段链路共有几个结点。）答：线路交换时延：kd+x/b+s, 分组交换时延：kd+(x/p)*(p/b)+ (k-1)*(p/b)，其中(k-1)*(p/b)表示K段传输中，有(k-1)次的储存转发延迟，当s(k-1)*(p/b)时，电路交换的时延比分组交换的时延大，当xp,相反。1-11 在上题的分组交换网中，设报文长度和分组长度分别为x和(p+h)(bit),其中p为分组的数据部分的长度，而h为每个分组所带的控制信息固定长度，与p的大小无关。通信的两端共经过k段链路。链路的数据率为b(b/s
15、)，但传播时延和结点的排队时间均可忽略不计。若打算使总的时延为最小，问分组的数据部分长度p应取为多大？（提示：参考图1-12的分组交换部分，观察总的时延是由哪几部分组成。）答：总时延D表达式，分组交换时延为：D= kd+(x/p)*(p+h)/b)+ (k-1)*(p+h)/b D对p求导后，令其值等于0，求得p=(xh)/(k-1)0.51-12 因特网的两大组成部分（边缘部分与核心部分）的特点是什么？它们的工作方式各有什么特点？答：边缘部分：由各主机构成，用户直接进行信息处理和信息共享;低速连入核心网。核心部分：由各路由器连网，负责为边缘部分提供高速远程分组交换。1-13 客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？答：前者严格区分服务和被服务者，后者无此区别。后者实际上是前者的双向应用。1-14 计算机网络有哪些常用的性能指标？答：速率，带宽，吞吐量，时延，
