第二章 网络的基本概念

2．1计算机网络的形成与发展（考点1）

　　四个阶段，理解

　　计算机网络形成与发展大致分为如下4个阶段：

　　1．第一个阶段可以追述到20世纪50年代。（萌芽，建立基础）

　　2．第二个阶段以20世纪60年代美国的APPANET与分组交换技术为重要标志。　

　　3．第三个阶段从20世纪70年代中期开始：OSI,TCP/IP

　　4．第四个阶段是20世纪90年代开始（互联时代）。

2．2计算机网络的定义

　　考点2：网络定义

　　简单理解 ——早期，广义观点，相连可通信，主机系统（被淘汰中）理由：无CPU的不能称为计算机。

　　重要知识：

　　计算机网络标准化定义：以能够相互共享资源的方式互连起来多台自治计算机系统的集合。

　　2．计算机网络的基本特征：资源共享。

　　3．表现分三点理解：

　　①计算机网络建立的目的是实现资源共享，计算机资源主要是计算机硬件，软件与数据。

　　②判断是否互连成计算机网络，条件：多台独立的自治计算机

　　③连网计算机之间通信遵循共同协议。

　　计算机网络的基本结构及其特点（考点3）：

　　从逻辑功能上可分为：资源子网与通信子网。

　　早期（20世纪80年代之前）

　　资源子网主要构成：主机和终端……

　　通信子网主要是由通信控制处理机（CCP）和通信设备

　　现在

　　资源子网主要是 服务器与客户机

　　通信子网主要是 路由器和通信设备

　　资源子网负责全网的数据处理，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。主机通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理机相连接。终端是用户访问网络的界面。

　　通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络节点。通信线路为通信处理机之间以及通信处理机与主机之间提供通信信道。
2．3计算机网络的分类

　　考点4：网络分类方法

　　按传输技术分为：

　　①广播式网络　broadcast　多个结点共享一个通信信道，局域网一般是广播式网

　　②点--点式网络 point to point一条对一条线路，目标准确单一，广域网一般是点对点式

　　路由器的基本功能 分组存储转发，路由选择，流量控制

　　分组存储转发，路由选择是点对点网络和广播式网络的重要区别之一

　　按覆盖地理范围和规模分：

　　局域网（LAN）、广域网(WAN)、城域网(MAN)、

　　学习主要通过各个网络的特点和主要技术及标准来掌握

　　广域网的特点和主要技术（点到点）

　　特点：

　　Example:万维网或称Internet或3W网中网

　　1．适应大容量与突发性通信的要求

　　2．适应综合业务服务（多媒体业务）的要求。

　　3．开放的设备接口与规范化的协议（适应多种电子产品）。

　　4．完善的通信服务与网络管理。

　　代表性技术：

　　X.25网：公用分组交换网（早期的公用交换网，铜线）

　　帧中继：光纤 使协议简化，也称X.25的流水线方式和X.25的简化版本

　　ATM：异步传输模式 用于多媒体，宽带SDN技术 主要表现为宽带综合业务素质HM

　　二、局域网的特点和主要技术

　　范围比较小，一般一个单位所有，比较容易使用和维护，速度快

　　主要技术：以太网、令牌总线、令牌环网

　　三、城域网的特点和主要技术

　　特点：1．几十公里范围内 2．用于连接局域网

　　传输介质是光纤

　　技术：现在城域网主要技术概括为交换，传输和介入P18

　　1．FDDI：技术光纤分布式数据接口。——早期(98以前）

　　2．交换结点采用基于IP交换的高速路由交换机或ATM交换机。

　　3．在体系结构上采用核心交换层，业务汇聚层与接入层三层模式
2．4计算机网络拓扑构型

　　本小节常考：公式计算 理论 单位换算关系 误码率三个特点

　　考点6.网络拓扑定义

　　几何关系表示的是网络结构，反映了网络中各实体间的结构关系

　　研究的对象是通信子网，也就是说资源子网上不研究拓扑，即排除了主机客户机的模式。

　　1．定义：计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系。主要是指通信子网的拓扑构型。

　　2．重要性：影响性能、可靠性、费用。

　　3．分类：考点7 网络拓扑分类（非常重要）

　　①点-点线路通信子网的拓扑：星型，环型，树型，网状型。

　　②广播式通信子网的拓扑：总线型，树型，环型，无线通信与卫星通信型。

　　网状拓扑的主要特点：结点连接任意，系统可靠性高，但结构复杂必须要采用路由选择与流量控制方法。

2．5数据传输率和误码率

　　考点8 数据传输率

　　Definition：在数值上等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数,单位比特/秒或b/s或bps

　　1kps=1000bps 1Mbs=1000000bps(10^6) 1Gps=1000000000(10^9)bps

　　对于二进制数据,数据传输速率为:S=1/T(bps),其中,T为发送每一比特所需要的时间.

　　带宽与数据传输率的关系：用数据传输率衡量带宽

　　考点9 奈奎斯特准则

　　⑴奈奎斯特准则：信号在无噪声的信道中传输时

　　对于二进制信号的最大数据传输率Rmax与通信信道带宽B（B=f，单位是Hz）的关系可以写为： Rmax=2*f(bps) 理想环境下的衡量 成正比

　　考点10 香农定理 成正比 <2倍

　　⑵香农定理：香农定理则描述了有限带宽;有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽;信号噪声功率比之间的关系.

　　在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N关系为： Rmax=B*Log2(1+S/N)

　　其中：B为信道带宽，S为信号功率，n为噪声功率

　　即S/N=信号/噪声 区别与分贝 分贝的计算公式1dB=10log10(S/N)

　　注意掌握理论，公式计算（计算题），单位换算关系（计算题）

　　误码率（考点11）误码率是二进制码元在数据传输系统中被传错的概率

　　网络可靠性的重要指标

　　Pe=Ne/N（传错的除以总的）

　　正常工作状态（稳态状况下）

　　不能笼统地说误码率越低越好（降低误码率要以提高成本为代价）

　　传输的不是二进制码元时候要折合为二进制码元来计算（易错点）

　　测试的是统计值，只是接近于真实的数值，只有被测量的传输二进制码元数越大,才会越接近于真正的误码率值.
2．6网络体系结构与网络协议的基本概念

　　考点12 网络体系结构

　　1.网络协议概念：为网络数据传递交换而指定的规则，约定与标准

　　2．协议分为三部分（类比人类语言）：语法，语义，时序

　　(1)语法,即用户数据与控制信息的结构和格式;

　　(2)语义,即需要发出何种控制信息,以及完成的动作与做出的响应;

　　(3)时序,即对事件实现顺序的详细说明。

　　3．计算机网络体系结构:计算机网络层次模型和各层协议的集合

　　4．计算机网络中采用层次结构的好处：

　　①各层之间相互独立

　　②灵活性好

　　③各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他各层。

　　④易于实现和维护

　　⑤有利于促进标准化

　　ISO开放系统互连参考模型

　　考点13.OSI参考模型

　　七层框架 开放系统互连参考模型（ISO OSI/RM）

　　①划分层次的原则是:

　　(1)网中各结点都有相同的层次。

　　(2)不同结点的同等层具有相同的功能。

　　(3)同一结点内相邻层之间通过接口通信。

　　(4)每一层使用下层提供的服务,并向其上层提供服务。

　　(5)不同结点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。

　　在OSI中，采用了三级抽象，既体系结构，服务定义，协议规格说明。

　　A 两个结点（对等层之间的传递（协议）

　　B 同一个结点的上下两层之间的通信（服务）

　　②OSI七层 考点14 OSE七层的功能：

　　记忆口诀：All people seem to need data processing （顺序是倒置的）

　　记忆第一个单词代表的物理含义

　　All:application 应用层

　　People:present 表示层

　　Seem:（具体是什么单词我没记下来）会话层

　　To:transport 传输层

　　Need:network 网络层

　　Data:data link 数据链路层

　　Processing: Physical 物理层

　　物理层：透明地传递比特流（线路之间）

　　数据链流层：以帧为单位，采用差错控制，流量控制（HUB）

　　网络层：路由选择（路由器）分组，Packet

　　传输层：端到端（计算机到计算机），透明地传送报文。报文，数据报消息

　　会话层：建立连接，维持，断开

　　表示层：压缩，加密，解密，格式说明

　　应用层

　　TCP/IP参考模型

　　传输控制协议/网际控制协议（注：协议>2种）

　　协议集

　　⑴特点：

　　①开放的协议标准，可以免费使用，并且独立于特定的计算机硬件与操作系统。

　　②独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于互联网。

　　③统一的网络地址分配方案，使得整个TCP/IP设备在网中都具有唯一的地址。

　　④标准化的高层协议，可以提供多种可靠的用户服务。

　　⑵TCP/IP参考模型的分类：应用层，传输层，互连层，主机-网络层。

　　⑶TCP/IP参考模型和OSI模型的对应关系：

　　应用层←→应用层、表示层、会话层？（这里有些疑问，待考证）

　　传输层←→传输层

　　互联层←→网络层

　　主机网络层←→数据链路层、物理层

　　⑷TCP/IP参考模型各层次的功能和协议

　　①互联层：主要是负责将源主机的报文分组发送到目的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以不在一个网上。

　　功能：

　　1．处理来自传输层的分组发送请求。

　　2．处理接受的数据报。

　　3．处理互连的路径、流控与拥塞问题。

　　代表协议：IP 即网际协议

　　②传输层：主要功能是负责应用进程之间的端到端的通信。

　　传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。

　　TCP协议是面向连接的可靠的协议；全双工

　　UDP协议是无连接的不可靠协议。

　　③应用层协议分为:1．一类依赖于面向连接的TCP。

　　2．一类是依赖于面向连接的UDP协议。

　　3．另一类既依赖于TCP协议，也可以依赖于UDP协议。

　　依赖TCP协议的主要有: 文件传送协议FTP、电子邮件协议SMTP以及超文本传输协议HTTP。

　　依赖UDP协议的主要有简单网络管理协议SNMP;简单文件传输协议TFTP（小，快）。

　　既依赖TCP又依赖UDP协议的是域名服务DNS等。

　　还包括：网络终端协议TELNET;路由信息协议;RIP网络文件系统NFS.

　　④主机-网络层：负责通过网络发送和接受IP数据报。包括各种物理协议。
2．7典型的计算机网络

　　主要记忆发展过程:

　　国防部的ARPANET--美国大学 NSFNET--Internet--Internet2

　　NSFNET采用的是一种层次结构，可以分为主干网，地区网与校园网。

　　Internet2: 初始运行速率可达10Gbps.Internet2在网络层运行的是IPv4，同时也支持IPv6业务.

　　T1:1.544Mbps

　　T3:47.746Mbps

　　注意：IPv6地址长度为128位，IPv4地址长度为32位，

　　传统的Internet应用:

　　E-mail,Telnet,Ftp Usenet 注：Http不在其中

2.8网络计算、研究与应用的发展

　　一、网络计算的概念

　　分类：

　　1.移动计算机网络

　　2.网络多媒体计算

　　3.网络并行计算

　　4.存储区域网络计算

　　二、移动计算网络的研究和应用

　　1．概念：

　　把计算网络和移动通信网络联系起来，为用户提供移动的计算环境和新的计算模式。

　　分类：

　　①移动计算网络→无线局域网（WLAN 2Mbps 主从）和Adhoc网络（一组用户群构成的对等网络）

　　②移动Internet→WAP协议（无线访问协议）和移动IP技术（结点移动）

　　三、多媒体网络的研究和应用

　　1．概念：是指能够传输多媒体数据的通信网络。多媒体网络需要支持多媒体传输所需要的交互性和实时性要求。

　　分类：一对一、一对多、多对一、多对多

　　网络视频会议：是一种典型的网络多媒体系统 ITU制定，H.320;H.323

　　多媒体网络应用对数据通信的要求：

　　①高传输带宽要求

　　②不同类型的数据对传输的要求不同

　　③网络中的多媒体流传输的连续性与实时性要求；

　　④网络中多媒体数据传送的低时延要求

　　⑤网络中的多媒体传输同步要求

　　⑥网络中的多媒体的多方参与通信的特点。

　　5．改进传统网络的方法是：增大带宽与改进协议。

　　增大带宽可从传输介质和路由器性能两方面入手

　　改进协议主要表现在支持IP多播、资源预留协议RSUP、区分服务与多协议标识交换等方面。

　　四、并行网络计算的研究和应用

　　1．概念:多个CPU或多台计算机，协同工作的计算机模式

　　2．机群系统分类：

　　应用目标：高性能和高可靠性

　　处理机类型：PC机群、工作站机群、服务器机群

　　处理机的配置：对称多处理、单处理机、网格 计算机考试

　　3.网络并行计算可以分为机群计算（处理器）和网格计算（处理器及其他资源）。

　　五、存储区域网络

　　存储区域网络SAN

　　网络连接存储NAS

　　存储服务提供商SSP