计算机网络技术概论

一. 计算机网络的起源与发展

1. 从资源共享角度定义计算机网络

能够以共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合

2. ARPANET

20世纪60年代，ARPANET标志着计算机网络的兴起 采用分组交换技术80年代，ARPANET全部采用了 TCP/IP 模型 90年，ARPANET被 NSFNET 代替ARPANET的意义和作用 提出 资源子网 和 通信子网 的概念实现了分组交换 技术促进 TCP/IP 模型的研究与应用为 Internet 的形成和发展奠定了基础完成对计算机网络的定义和分类方法的研究采用层次结构的网络体系结构和研究方法 三网合一 Internet的发展使得 计算机网络，电信网络，广播电视网络 相互融合

二. 计算机网络的分类

1. 按照网络覆盖范围划分

局域网 LAN

范围几百米到几千米的内的计算机等终端设备连接所构成的网络，实现资源共享和数据通信

特点

早期使用共享信道，数据传输率高（10Mbps,100MbPs），低延迟，误码率低

共享信道是多个终端在一条总线上

新型局域网数据传输速率可以高达 10Gbps或100Gbps

拓扑结构

传统局域网采用 总线型 和 环形结构

新型的局域网采用 星型拓扑结构

星型拓扑一个交换机连接多台计算机

局域网目前遵循 IEEE802.3 协议的 以太网 ethernet

无线局域网 WLAN 正在取代有线局域网，它遵循的是 802.11系列

城域网 MAN

采用技术与局域网类似，覆盖范围为一座城市拓扑结构 总线型，由 IEEE802.6标准定义 目前大部分城域网采用 以太网技术

广域网 WAN

覆盖范围为一个或者几个国家采用交换技术，将分布在各地的主机或者局域网连接起来交换技术 X.25(早期) ——》 帧中继和ATM 交换设备 路由器和交换机 传输介质 光纤（带宽高，传输速率快），具有较高的通信速率

互联网

将世界各地的 局域网 和 广域网 连接起来最常见的是 多个局域网 通过 广域网连接起来 由于物理结构 协议 标准的不同，需要 网关（路由器） 设备进行转换 Internet是最常见的互联网形式

2. 按照传输介质划分

按照传输介质的类型可以分为 有线网络 和 无线网络有线网络的传输介质 双绞线同轴电缆光纤 无线网络利用 无线电磁波 进行传输常用的无线网有 无线局域网WLAN移动通信网物联网

3. 按网络的所有权划分

按照索所有权性质不同： 公用网 由电信部门建设 专用网 特殊用途（银行，军队等），不对外提供服务

4. 按照网络拓扑结构划分

总线型网络

优点

节省通信线路，结构简单，价格便宜

缺点

不支持多点通信，若线路出现故障，整个网络瘫痪

所有数据终端均连接到一条通信线路上，同一时刻只能有两个网络结点进行通信

环形网络

优点

网络中的传输最大延迟是固定，控制机制简单

缺点

网络中一个节点出现故障，整个网络无法通信

将所有的数据终端连接到一个闭合的环形通信线路上

星型网络

优点

结构简单，局部故障不影响全网通信

缺点

中心处理机要求性能高，线路利用率低

以一台交换机作为中心处理系统，入网设备与交换机相连，两台设备不能直接通信，必须通过中心处理机进行转发

树形网络

通过多级处理机进行分层，每一层设置一个中心处理机比星型网络更节省通信线路成本

网状网络

优点

局部故障不影响整个网络，可靠性强

缺点

网络结构复杂，不易管理和控制

数据终端可以与其他设备任意相连，两个网络节点之间任意通信，也可以通过其他网络节点进行转接

5. 按照网络中的逻辑功能划分

从逻辑功能上，计算机网络可以分为 通信子网 负责网络数据的传输，转发，交换和路由通信控制处理机，通信线路和其他网络设备组成 资源子网 负责网络的数据处理业务，向用户提供资源和服务主机 终端 联网的外部设备，软件和信息资源组成

6. 按照网络的传输技术划分

按照数据传输技术分为 广播式网络 网络中的计算机共享一条公共信道任何一台计算机发送数据，其他计算机都可以收到该数据典型的广播式网络：传统以太网 点对点式网络 网络中的两台计算机可以任意通信典型的点对点式网络：因特网Internet

三. 计算机网络中的硬件和软件设备

1. 根据设备的物理性质可以分为

硬件设备

计算机，服务器，交换机，路由器，通信介质

软件设备

网络协议，网络操作系统，应用程序

2. 根据设备在网络中逻辑位置的不同，可以分为

终端设备 台式机，服务器，笔记本，智能手机，打印机用于处理数据的 网络中间设备 交换机，路由器，通信线路用于数据传输，交换，路由等功能

3. 终端计算机

是用户访问和使用计算机网络的界面，可以获取和提供信息和资源客户机 从网络中获取信息和资源，请求资源 服务器 提供信息和资源服务，提供相应的资源

4. 交换机

交换式网络的核心设备，负责网RJ内部数据的转发和调度交换机有 若干物理接口（RJ-45接口） 计算机相连，内部有地址表 地址表是计算机地址（MAC）与端口的对应关系交换机根据地址表来进行数据转发

交换机的工作过程 交换机收到 A 发送过来的 数据分组（帧），根据帧中的目的地址 查 地址表（B地址与端口的对应关系），进行转发对应到物理接口上 根据处理的协议层次不同分为 二层交换机 工作在第二层，为数据链路层，其协议数据单位为帧收到一个帧 转发一个 帧 三层交换机 第三层是 网络层，处理 IP 分组，协议数据单位为 IP 包

5. 路由器

路由器连接不同类型的网络，为网络中的数据分组进行 路由选择 和 数据转发路由器实现 不同网络之间 的数据转发，交换机是 同一网络内部数据 的存储转发工作过程 路由器工作在网络层，收到发送过来的 IP 分组，根据 目的 IP地址 查询路由表，选择接口转发 路由表 可以由路由算法得到路由表是固定不变的，对应的路由算法称为 静态路由算法根据网络变化不断更新，对应的称为 动态路由算法 路由器根据管辖范围和处理能力不同分为 核心路由器接入路由器汇聚路由器

6. 网络协议

为进行网络中的数据通信而指定的规则，标准和约定网络协议3要素 语法：规定数据与控制信息的分组结构或格式语义：规定进行通信需要发出的控制信息，完成的操作动作和响应同步：网络事件实现顺序的详细说明

7. 网络操作系统

网络操作系统除了 具有操作系统（5大功能） 的功能外，还具有 网络通信 和提供 网络服务 的功能网络操作系统可以分为： 任务型 针对某一特殊网络应用而设计，如Cisco路由器的专用操作系统（IOS） 通用型 提供一般性的网络服务功能，如微软的 Windows NT Linux等

8. 传输介质

有线介质 双绞线，同轴电缆 ，光纤 无线介质 大气，水下，外层空间等

四. 计算机网络的性能指标

要研究和使用计算机就要有一套评价网络运行好坏的性能指标体系

1. 定量的性能指标

速率 发送速率 指在终端或网络中间节点，设备每秒向网络中发送多少 比特数据反映的是网络设备的性能，通常采用比特每秒（采用 bit/s 或 bps）衡量比如千兆以太网指的是 发送速率为1000M比特每秒的以太网 传输速率 在传输线路上每秒能传播多少千米反映的是 信号和信道的性能比如 光在真空中的传输速率是 3.0*10的八次方米/秒 带宽 信道带宽 信道中通过模拟信号的最高频率和最低频率的差值单位 赫兹Hz 信号传输带宽 通信业务信号频率的最高分量和最低分量的差值单位也是 赫兹 在数字通信系统，带宽表示通信线路所能传送数据的能力 即单位时间内从网络中的一点到另一点所能通过的最高数据量（最大传输速率）单位：比特每秒（bit/s或bps） 端到端延迟 表示数据分组从网络中的一个端点到另一个端点花费的时间发送延迟： 向网络中发送数据分组的时间 = 发送bit数 / 发送速率 传播延迟 电磁波信号在信道中传播所消耗的时间 = 传输距离 / 传输速率 处理延迟 节点处理分析数据分组所要消耗的时间 排队延迟 数据在经过网络中的路由器，排队等待转发所需要的时间 吞吐量 表示在单位时间内通过某个网络的数据量衡量现实网络能够通过多少数据量，受网络带宽或网络的额定速率的限制

2. 非定量的性能指标

QoS服务质量 指的是利用各种技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力比如说我家是10M的带宽，电信部门必须通过相应的技术使网络能够达到10M 可靠性 能否长时间无故障运行 可扩展性 开始设计的时候，考虑网络的可扩展性 安全性 抵御各种风险的能力 标准化 网络产品所遵循的标准 成本 设计 建设 使用网络的费用

5. 计算机网络的功能和应用

功能 实现数据通信提供资源共享 硬件资源软件资源信息资源 提供计算机系统的可靠性 一旦某台计算机发生故障，网络中的其他计算机可以代替它完成 进行分布式处理对分散对象提供集中控制与管理 应用 最初计算机网络应用 远程登陆Telnet文件传输服务FTP电子邮件 E-mail HTTP的万维网WWW 91年，伯纳斯.李发明了基于 超文本传输协议 搜索引擎，即时通讯，电子商务，P2P应用，视频点播移动互联网，物联网（IOT）,云计算，大数据

六. 计算机网络的标准化组织

ISO 国际标准化组织 全球的非政府组织，制定各行业的国际标准化活动开发系统互联参考模型 OSI，将网络分为7层 国际电信联盟 ITU 1865年，负责各国电信业务的国际组织ITU 指定的X系列标准，如X.25协议 EIA 美国电子工业协会 制定数据通信设备的物理接口比如数字设备之间 串行通信的接口标准 RS-232 IEEE 电器和电子工程师协会 1963年建立，指定一系列局域网标准IEEE802系列标准802.11无线以太网802.6 城域网