计算机网络概述

1.计算机网络的定义

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

计算机网络向用户提供的最重要的功能有两个，即：

(1)连通性；

(2)共享。

所谓连通性（connectivity），就是计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。

所谓共享就是指资源共享。资源共享的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

其他的功能及应用还有：

(1)提高可靠性

(2)提供分布处理功能

(3)集中管理

(4)负载分担

(5)开辟大量新的服务项目

(6)为实现远程通信提供强有力的通信介质

I.分布式计算机系统的定义

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。

注：共享CPU协同运算的为分布式计算机系统，否则为计算机网络。

2.计算机网络的组成

硬件：计算机系统、通信链路、网络节点

功能：资源子网、通信子网



(1)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。

(2)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。

通信子网的结构：

(1)点对点信道通信子网

特点：通信子网内的每一条信道都连到一对网络节点上，信道是独占的

结构：星形、环形、网形、树形

(2)共享信道子网

特点：网内所有节点共享一条通信信道，可分总线信道、卫星信道和无线电信道等，采用竞争方式访问信道，可能冲突

3.网络的分类

(1)以连结距离分类

按覆盖的地理范围进行分类，计算机网络可以分为以下三类：

局域网（ local area network，LAN），距离≤ 10km

城域网（ metropolitan areanetwork ，MAN），10km ≤距离 ≤ 100km

广域网（wide area network ，WAN ），距离≥ 100km

(2)以通信介质分类

按通信介质分类,可分为两大类：

有线网：同轴线、双绞线、光纤等物理介质

无线网：卫星、微波、无线电等无线形式

(3)以通信速率分类

按通信速率分类，可分为以下五类：

低速网：网上传输速率300bps—1.4Mbps

中速网：网上传输速率1.4Mbps—45Mbps

高速网：网上传输速率45Mbps—1GMbps

甚高速网：网上传输速率1Gbps—10GMbps

超高速网：网上传输速率10Gbps—1TMbps

(4)以使用范围分类

按使用范围进行分类，可分为以下两类：

公众网

专用网

(5)以控制方式分类

按控制方式进行分类，可为以下两类：

集中式计算机网络

分布式计算机网络

(6)以规模分类

按规模进行分类，可为以下三类：

部门级网络（Deportment Network）

企业级网络(Enterprise-wideNetwork)

校园网络(Campus Netowrk)

4.网络的体系结构

(1)体系结构的概念

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，对计算机网络来说，层和协议的集合就是其体系结构。

体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。具体分为物理结构、逻辑结构、软件结构。

(2)网络协议

定义:

协议是用来描述进程之间信息交换过程的一个术语，它由语法、语义和同步三部分组成。

[1]语法，即数据与控制信息的结构或格式；

[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相应；

[3]同步，即事件发现顺序的详细说明。

(3)各层协议的设计问题

连接建立和释放、确定数据转输的方向、差错控制、数据流量控制、复用和分用、分段和重装。

5.OSI模型七层协议

分层原则：

I.每一层应当实现一个定义明确的功能

II.每一层功能的选择应当有助于制定国际标准化协议

III.各层界面的选择应尽量减少跨过接口的信息量

IV.层数要适合



(1)物理层

物理层涉及在通信信道上传输原始比特。

设计主要是处理机械的、电气的、过程的接口，以及物理层下面的物理传输介质，如双绞线等。

(2)数据链路层

数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing)，在两个相邻结点间的链路上传送帧(frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。

数据链路层的主要任务是把物理层传输原始比特的功能加强，使它对网络层显现为一条无错线路。

(3)网络层

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成数据报或包(packet)进行传送。

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，以及如何解决拥挤现象。

(4)运输层

运输层的任务就是负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。

(5)会话层

用在两个实体之间建立通信的伙伴关系，然后进行数据交换，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。

(6)表示层

用以处理数据表示（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。

(7)应用层

应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。

6.服务

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。

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。

比较：协议关系到服务的实现，但对服务的用户来说是不可见的。

服务原语：服务在形式上是用一组原语（或操作）来描述。

　 Request 请求

Indication 指示

Response 响应

Confirm 证实

7.数据流

上图为完整的OSI数据传递与流动过程，其中网络层及其上层的传输单位为数据报，链路层的传输单位为帧，物理层的传输单位为比特。

参考资料：

1. 《计算机网络》

2. Boss的PPT