计算机网络复习

第一章 概 论

1. 4C的含义是什么？前3个C实际是第4个C的载体

• Computer 计算机
• Communication 通讯
• Consumption 消费类电子
• Content 内容

2. 知识经济的本质特征：信息化、网络化、全球化

1. 计算机网络的发展历史

• 网络的体系结构
• 网络计算模式的发展

2. 计算机网络的定义、组成和用途

• OSI参考模型
• 网络操作系统

3. 通信子网的结构

• 服务

3.摩尔定律

每18个月芯片能力翻一番

4.计算机网络的定义、组成和用途（简单）

• 计算机网络的定义

将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统，通过通信设备和线路连接，由功能完善的网络软件实现网络资源共享者。

• 分布式计算机定义

分布式计算机系统是由多台计算机组成的系统，系统中各机无主次之分，各机通过通信交换信息，资源为所有用户所共享，若干台计算机可协作完成一个共同的任务。

★☆云计算

• 狭义云计算

指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的资源。

• 广义云计算

指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需的服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关的，也可以是任意其他的服务，它具有超大规模、虚拟化、可靠安全等独特功效。

5.通信子网的结构

• 计算机网硬件

• 计算机系统
• 通信链路
• 网络节点

• 计算机网功能

• 资源子网

提供访问网络和处理数据的能力，由主机系统终端控制器和终端组成，资源管理。

• 通信子网

提供网络的通信功能，即信息传输，由网络节点、通信链路和信号变换器组成。

• 通信子网拓扑

1. 点对点信道通信子网

• 星形

这种结构如图9.6（a）所示，每一个节点都有一条单独的链路与中心节
点相连。任何两个节点之间的通信都要经过中心节点。它结构简单、容易建
网、便于管理。但，由于通信线路总长度较长，成本高，如果中心节点出故
障将会引起全网瘫痪，因而对中心节点的可靠性要求高。

• 环形

这种结构如图9.6（b）所示，把各网络节点连成环状，数据信息沿一个
方向传递，通过各中间节点存储转发，最后到目的节点。源节点可以选择到
达国的节点较短路径的方向发送数据。它结构简单，总路径长度较短，延迟
也固定。但容易由于某个节点出故障而破坏全网的通信，因而需要较复杂的
故障处理技术，且不易接入新节点

• 网形

这种结构如图9.6（c）（d）所示，可分为无规则形和有规则形的，而
且一个节点可取若干条路径到达另一个节点，所以可靠性高。

• 树形

这种结构如图9.6（e）所示，各节点按层次进行连接，处于越高层次的
节点其可靠性要求越高。这种结构比较复杂，但总线长度较短，成本较低，
容易扩展。

2. 共享信道子网（资源竞争）
3. 总线通信子网、卫星或无线电广播通信子网、树形、环形

• 网络距离分
• 局域网（LAN）（≤1km）
• 城域网（MAN）（1km，10km）
• 广域网（WAN）≥10km
• 网络通信介质分：
  • 有线网:同轴线、双绞线、光纤等物理介质；无线网：卫星、微波等无线形式
• 通信速率分
• 低速网 300bps~1.4Mbps
• 中速网 1.4Mbps~45Mbps
• 高速网：45Mbps~1GMbps
• 控制方式分
• 集中式计算机网络
• 分布式计算机网络；
• 使用范围分
• 公众网
• 专用网
• 规模进行分
• 部门级网络 Deportment
• 企业级网络 Enterprise-wide
• 校园网络 Campus

计算机网络的功能和应用

共享资源、处理机间通信、提高可靠性、提供分布处理功能、集中管理、负载分担、开辟大量新的服务项目、为实现远程通信提供强有力的通信介质。

★☆网络扁平化

扁平化实际上就是采用集中管理，分散维护。
网络扁平化是针对原来各地的网络的层次结构不清晰带来的诸多问题的一个说法.扁平化就是简化接入层和汇聚层的物理层次,使得网络超着简单明晰的结构发展.

6. 网络的体系结构

• 体系结构的概念

• 体系结构的定义

将一个复杂的整体分成各种各样的基本元素，然后研究它们之间的各种交互结构。

• 在计算机网络中

层和协议的集合就是其体系结构。

• 网络体系结构分为 (考虑分层时)
  • 物理结构

指实现网络逻辑功能最优分配的各种网络子系统和设备。
- 逻辑结构

指执行各种网络操作任务所需的功能。
- 软件结构

指网络软件的结构，它们是在各网络部件中执行网络功能的程序。

• 网络协议及协议分层

• 定义

协议是用来描述进程之间信息交换过程的一个术语，由语义、语法和定时关系组成。

• 语义

规定双方工作内容，确定协议元素的类型（如：通信双方的控制信息，执行的动作和返回的应答

• 语法

规定工作格式，确定协议元素的格式（如：数据和控制信息的格式）

• 定时关系 (时序)

规定工作顺序，确定通信过程中通信信息的变化。

• 网络功能的分层

依其功能的强弱高低划分，较高层次建立在较低层次的基础上，网络功能可分为Ｎ层

7. 各层协议的设计问题

建立连接、拆除连接、确定数据转输的方向、差错控制、数据流量控制、路径选择、多路复用、信息的装拆（长信息或非标准网络终端）

OSI参考模型定义

是由ＩSＯ提出的开放式系统互联参考模型，它研究如何把开放式系统连接起来。

OSI模型的分层原则

1. 根据功能的需要分层
2. 每层应当实现一个定义明确的功能
3. 每层功能的选择应当有助于制定国际标准化协议
4. 各层界面的选择应尽量减少跨过接口的信息量
5. 层数应足够多，以避免不同的功能混杂在同层中，但不能太多，否则体系结构会过于庞大

开放系统互联参考模型OSI/RM与TCP/IP模型

|层|中文名|英文名|英|总述|TCP/IP|
|:---:|:---:|:---:||:---:||:---:|
|7|应用层|Application Layer|A|高三层，资源子网|应用层(应用 进程)|
|6|表示层|Presentation Layer|P|高三层，资源子网|应用层(应用 进程)|
|5|会话层|Session Layer|S|高三层，资源子网|应用层(应用 进程)|
|4|传输层|Transport Layer|T|传输接口|传输层|
|3|网络层|Network Layer|N|低三层，通信子网|IP层|
|2|数据链路层|Data Link Layer|DL|低三层，通信子网|网络接口层|
|1|物理层|Physical Layer|PH|低三层，通信子网|网络接口层|

总结

1. 上层向下层请求服务，下层为上层提供服务
2. 同层之间是对等交互的关系
3. TCP/IP没会话层，因为数据传送是数据报

各层之间的作用

1. 物理层

通信上传输原始比特。主要处理机械、电气、过程的接口，及物理层下面的物理传输介质。

2. 数据链路层

把物理层传输原始比特的功能加强，传分组数据，使它对网络层显现为一条无错线路。

3. 网络层

关系到子网的运行控制，确定分组从源端到目的端的如何选径，及如何解决拥挤现象，送数据包。

4. 传输层

两实体间建立端对端信道，传输信息或报文（可分成报文分组）。本层提供两端点之间的可靠、透明数据传输，端对端差错控制（差错检测及恢复）、顺序控制和流控制功能，管理多路复用。

5. 会话层

在两实体间建立通信的伙伴关系，进行数据交换，完成一次对话连接。本层提供两实体间建立、管理和拆除对话连接的方法。如对话双方的资格审查和验证，收费方法，对话方向的交替管理，故障点定位及恢复等各种服务。

6. 表示层

处理数据表示（代码和格式）、进行转换、消除网内各实体间的语义差异。本层执行通用数据交换功能，提供标准应用接口，公共通信服务。如数值计算的通解、加密和解密，正文压缩，终端格式转换（行长、显示特性、字符集…）等。

7. 应用层

负责应用管理和执行应用程序。本层为用户提供OSI的各种服务，管理和分配网络资源，建立应用程序包。如事务管理服务、文件传送，数据库管理服务、网络管理服务。主要由用户或应用决定。

OSI术语

• 实体

每一层中活跃的元素叫做实体，实体分为软件实体（进程）和硬体实体（智能I/O）

• SAP(同实体)

服务访问点SAP是N层向N+1层提供服务的地方，每个SAP对应N+1层中的一个进程。

• 接口

相邻两层之间有一接口，由它定义本层的基本操作及向上一层提供的服务。

8. 服务定义

OSI模型中的每层的真正功能是对它的上层提供服务。

服务种类有

• 数据文件的操作和重格式化
• 数据流的管理和文件传送的确认
• 建立、维护和终止通信；协议选择
• 数据通信设备寻址
• 打开新的系统和关闭不用的系统
• 信息路径选择
• 系统资源管理

数据流

名词解释

• 服务原语(操作)
• Request 请求
• Indication 指示
• Response 响应
• Confirm 证实

• (N)表示第N层
• (N)-PCI 表示第Ｎ层协议控制信息单元
• (N)-PDU 表示第Ｎ层协议数据服务单元
• (N-1)-SDU 表示第Ｎ层PDU已送到N-1层,即为N-1层的服务数据单元

服务与协议的关系？★

1. 服务是各层向它的上层提供的一组操作，描述两层之间的接口，下层是服务提供者，上层是服务用户。
2. 协议定义的是同层对等实体间交换的帧、分组和报文的格式和意义的一组规则。
3. 协议关系到服务的实现，但对服务的用户来说是不可见的。

数据流关系

网络数据的封闭和解封

完整的OSI数据传递与流动过程

8. 网络计算模式的发展 ( C/S 和 B/S 比较)

• 以大型机为中心的计算模式
• 工作原理

该模式以大型机为中心，系统采用分时共享模式，所有用户通过连线把简单的终端接到主机或一个终端控制器上

• 特点

系统采用严格的控制和广泛的系统管理、性能管理机制。该模式利用主机的能力来进行应用，采用无智能的终端来对应用进行控制。

• 以服务器为中心的计算模式
• 工作原理

该模式是以服务器为中心(server-centric)，提供网络资源共享。这一模式向单个用户提供灵活的服务，但管理控制和系统维护工具的功能很弱。

• 特点

主要用于共享共同的应用、数据以及打印机；这一模式是利用工作站的能力来运行所有应用，用服务器的能力来作为外设的延伸，如硬盘、打印机等。

• 客户机／服务器计算模式(C/S)★
  • 工作原理

C/S应用被分为前端（客户），和后端（服务器）。客户运行在微机或工作站上，而服务器部分以运行在从微机到大型机等各种计算机上。客户机和服务器工作在不同的逻辑实体，但它们协同工作。

• 主要特点

系统使用了客户机和服务器两方的智能、资源和计算机能力来运行一个特定的任务，也就是说负载由客户机服务器双方共同承担。

• 浏览器／服务器计算模式(B/A/S) ★
  客户层+应用服务层+数据层
  • 工作原理

将系统分为三层（或多层），业务逻辑放在应用服务层，软件的维护集中在应用服务层，客户端的维护就相对简单多了，有利于软件维护及系统管理。

• 主要特点

优化了系统结构、提高了应用系统的安全性、便于业务（事务）级权限管理
卓越的扩展能力、减少网络数据流量和提高数据库响应速度、保护现有投资、提高系统性能

9. 网络操作系统

• 定义

操作系统是计算机系统中一个系统软件，是这样一些程序模块的集合：它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。

• 特征
• 网络管理，支持网络实用程序及其管理功能，如系统备份、安全管理、容错、性能控制等。
• 安全性和存取控制，对用户资源进行控制，并提供控制用户对网络的访问的方法。
• 用户界面，网络操作系统提供用户丰富的界面功能，具有多种网络控制方式。
• 网络管理，支持网络实用程序及其管理功能，如系统备份、安全管理、容错、性能控制等。
• 安全性和存取控制，对用户资源进行控制，并提供控制用户对网络的访问的方法。
• 用户界面，网络操作系统提供用户丰富的界面功能，具有多种网络控制方式。

example :网络操作系统——产品 Windows Linux

10. 课后作业

1. OSI的第几层分别处理下面各问题

Ａ. 把传输的比特流划分为帧
Ｂ. 决定使用哪条路径通过子网
Ｃ. 解决链路出错，引起数据传输失败
Ｄ. 解决非标准终端联入网络
Ｅ. 如何把数字信号转换成适合传输介质的信号

2. 在大多数网络中，数据链路层以请求重传输损坏的帧的方式处理传输错误，假如帧损坏的概率P，在确认帧不会丢失的前提下，要发送一个帧需要的平均传输次数是多少？

3. 为什么要建立网络体系结构？

4. 阐述服务与协议的关系？