计算机网络基础

一、计算机网络的定义：
早期被称为计算机通信网或数据通信网、分布式系统等等。后随着计算机发展的完善，得到较为完整的定义如下——
计算机网络就是指把地理上分散的、多台独立工作的计算机，用通信设备和线路连接起来，按照网络协议（NP:Network Protocol）进行数据通信，以实现资源共享（RS:Resource Share）的大系统。
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（五个要素：地理分散、多台独立、用设备和线路连接、网络协议、资源共享，缺一不可。）
计算机通信网：一般地说，所谓“计算机通信网”或“数据通信网”，实际上也是指计算机网络，因为在物理结构上已经具有了计算机网络的雏形。但与计算机网络的区别是，它是以传输信息为主要目的的。
分布式系统（DS:Distributed System）：存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。
分布式系统与计算机网络的主要区别在高层软件，而不是在物理结构。
二、计算机网络的发展
始于20世纪60年代，在70和80年代得到发展与完善，并在当前不断壮大、如火如茶。
四个阶段：
第一阶段：具有通信功能的单终端系统
第二阶段：具有通信功能的多终端系统
第三阶段：具有多个计算机的计算机网络
第四阶段：多个网络系统互连的互联网
三、计算机网络的功能
1.资源共享
2.提高可靠性
3.负载均衡
4.分布式处理
5.数据传输
四、计算机网的分类
1.按运营方式分：公用网、专用网。
2.按网络覆盖范围分：广域网（WAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）、互联网（Internet）。
3.按网络拓扑结构分：星型、树型、分布式、环型、总线型、复合型。
4.按传输协议分：广播网、点－点网。
5.按互联网分：Internet、Intranet（企业内部网络）、Extrant（跨越整个企业组织边界的网络）
五、计算机网络体系结构
（一）标准化组织
1.标准化组织：国际标准化组织（ISO）。宗旨，在世界范围内促进标准化工作的发展；主要活动，制定国际化标准，协调世界范围内的标准化工作。
2.国际电信联盟－电信标准部（ITU）。
3.电气与电子工程师协会（IEEE）。
4.美国国家标准学会（ANSI）。
5.电子工业协会（EIA）。
6.互联网工程任务组（IETF）。
（二）计算机网络体系结构的概念
所谓网络体系结构是指，计算机之间相互通信的层次，各层次以及层次之间借口的集合，它包含了硬件与软件的组织与设计所必须遵循的规定。
1983年10月，形成了正是标准ISO7498——开放式系统互联参考模型（ISO/RM）。
为了实现ISO7498标准，使众多不同计算机和终端互连起来，需要找到一组一致性原则，这组原则就叫做协议（Protocol）。一般的，协议包含语法、语义和定时规则三个要素。对于分层的系统，通常协议也是分层的。
在ISO7498标准中，还有一个重要概念，即接口。接口是数据流要穿越的界面。有硬接口和软接口之分。
（三）开放式系统互连体系结构
1.开放式系统互连参考模型
为不同开放系统的应用进程之间进行通信所定义的标准，它有7个层次。
低三层主要完成通信功能；高四层实现了数据的处理。
其服务原则：下一层为上一层服务，高层利用底层的服务；同时上一层要利用下一层功能所提供的服务，直至最高的应用层，为应用进程使用网络环境提供服务。
2.各层主要功能
①物理层：媒介；用于建立、保持和断开物理接口。
②数据链路层：主要负责数据链路的建立、维持的拆除等。
③网络层：又名通信子网。控制子网的运行。
④传输层：在经济而又有效的前提下保证通信的质量。
⑤会话层：提供一种有效方法，以组织并协商两个表示层进程之间的会话，并管理它们之间的数据交换。
⑥表示层：解决用户信息的语法表示问题。
⑦应用层：ISO最高层，直接面向用户，是利用网络资源，唯一向应用程序提供服务的层。
OSI的数据传送过程
几个名词：数据单元、协议数据单元、信息封装与解封装、虚通信、实通信。
（四）局域网的体系结构
不需要单独设置网络层，而可将寻址、排序、流空和差错控制等功能放在数据链路层中去实现。
①物理层：与OSI的物理层接口功能一样。
②数据链路层：由两个子层构成，即介质访问控制（MAC）子层，和逻辑链路控制（LLC）子层。
介质访问控制子层的功能是，控制对传输介质的访问，对不同类型的LAN需要采用不同的控制方法；
逻辑链路控制子层几种了与媒体接入无关的部分，其主要功能是，建立和释放数据链路层的逻辑连接，提供与高层的接口，进行差错控制和给帧编号。LLC可以提供两种控制类型，无连接的服务、面向连接服务。
（五）互联网的体系结构
Internet是由无数不同类型的服务器、用户终端以及路由器、网关、通信线路等连接组成的，需要有功能强大的网络软件的支持，TCP/IP就是能够完成这些功能的协议集。
1.TCP/IP层次结构
共有4个层次，即应用层、传输层、网间网层和网络接口层，它是构筑在物理层硬件概念性层次基础之上的。
（由于在设计TCP/IP协议时并未考虑与具体的传输媒体相关，所以没有对数据链路层和物理层作出规定）
2.TCP/IP协议的功能
1）网络接口层：对应于OSI的数据链路层和物理层，包含了各种逻辑链路控制和介质访问协议，实现了不同网络间的物理层连接。
2）网间网层：负责相邻计算机之间的通信。其功能主要是处理来自传输层的分组发送请求，并将该分组装入IP数据报中，再把它交给下一层。网间网层具有路径选择、流量控制、拥塞和差错报告等功能。
3）传输层：基本任务是提供应用程序之间端到端的通信，并把数据分组可靠地传给下一层。
4）应用层：提供一组常用的应用程序，主要有文件传输协议、远程访问协议及其电子邮件协议等，负责接收和发送数据，并把数据按传输层格式组织好向下层传输。
（六）OSI和TCP/IP模型的比较
1）产生背景：开放式系统互连参考模型是由ISO制定的一个参考模型，提供了一个参考建议；而TCP/IP确实一个产生于早期ARPA网的一组协议，但由于各厂家主动遵守而变成了一个事实上的工业标准。
2）共同点：解决异构网络的互连问题；采用了分层结构的思想；各层次的划分和所应用的协议功能大体相同。
3）不同点：
①OSI参考模型体协结构清晰；TCP/IP把功能描述与实现细节混杂起来。
②OSI详细的定义和划分了各个层次的功能，特别是区分了物理层和数据链路层；TCP/IP却只用一个网络接口层来代替。
③OSI提供了面向连接和面向无连接的服务，提供了较高的可靠性；TCP/IP降低了可靠性。
④OSI造成了协议复杂、效率低下和现实困难；TCP/IP设计目的单一，协议简单而有效，可操作性强。