计算机网络基础小记 01 - 什么是计算机网络

什么是计算机网络

计算机网络是通信技术计算机技术紧密结合的产物,是一种通信网络。是互连的、自治的计算机的集合。

  • 互连:无主从关系

  • 自治:互联互通

最简单的方式就是使用通信链路进行直连,但是在距离远、数量大的时候如何保证互连?

  • 通过交换网络互连主机,交换网络由交换节点(路由器或交换机)构成

什么是 Internet

Internet(因特网)是全球最大的互联网络,是由 ISP(因特网服务提供商)网络互连的 “网络之网络”。

组成

  1. 数以百万计的互连的计算设备的集合(主机 = 端系统),运行着各种网络应用
  2. 通信链路:光纤、铜缆、无线电、卫星等等
  3. 分组交换:转发分组(数据包),由路由器(routers)和交换机(switches)实现

服务

  1. 为网络应用提供通信服务的通信基础设施

    Web、VoIP、email、网络游戏、电子商务、社交网络……

  2. 为网络应用提供应用编程接口(API)

    应用程序发送 / 接收文件

以上多为硬件层面,如果仅有硬件连接,Internet 能否顺畅运行?

  • 除了硬件外,还需要协议

什么是网络协议

硬件是计算机网络的基础,但计算机网络中的数据交换必须遵守实现约定好的规则

网络协议(network protocol)简称为协议,是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定

协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的 “动作

协议规范了网络中所有信息发送的接收的过程

协议的三要素

三要素 含义 使用
语法 数据与控制信息的结构或格式 信号电平
语义 需要发出何种控制信息
完成何种动作以及做出何种响应
差错控制
时序 事件顺序 速度匹配

计算机网络的结构

名称 设备
网络边缘 主机、网络应用
接入网络,物理介质 有线或无线通信链路
网络核心(核心网络) 互联的路由器(或分组转发设备)
网络之网络

网络边缘

  • 主机(端系统)

    运行网络应用程序:Web、Email……

应用模型

  1. 客户端 / 服务器(client / server)应用模型:

    客户发送请求,接收服务响应:Web、FTP……

  2. 对等(peer-peer,P2P)应用模型

    无(或不仅依赖)专用服务器

    通信在 对等 的实体之间直接进行:QQ、BT……

如何将网络边缘接入核心网(边缘路由器)?

  • 通过接入网络

    住宅(家庭)接入网络、机构(学校、企业等)接入网络、移动接入网络

接入网络

用户关心内容:

  1. 带宽(bandwidth)(bps)
  2. 共享 / 独占?
名称 接入方式 速率 特点
数字用户线路(DSL) 利用已有的的电话线连接中心局的 DSLAM
数据通信通过 DSL 电话线接入 Internet
语音(电话)通过 DSL 电话线接入电话网
< 2.5 Mpbs 上行传输速率(典型速率 < 1 Mbps)
> 24 Mpbs 下行传输速率(典型速率 < 10 Mbps)
FDM(频分多路复用):在不同频带(载波)上传输不同频道
> 50 kHz - 1 MHz 用于下行
4 kHz - 50 KHz 用于上行
0 kHz - 4 KHz 用于传统电话
电缆网络:HFC(混合光纤同轴电缆) 各家庭(设备)通过电缆网络 –> 光纤接入 ISP 路由器 下行高达 300 Mbps 传输速率,上行为 2 Mbps 传输速率 非对称
各家庭共享家庭至电缆头端的接入网络
不同于 DSL 的独占至中心局的接入
机构(企业)接入网络 端系统通常直接连接以太网交换机(switch) 典型传输速率:10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps、10 Gbps 主要用于公司、高校、企业等组织机构
无线接入网络 通过共享的无线接入网络连接端系统与路由器,如基站

网络核心

网络核心是互联的路由器网络,关键功能是路由+转发

  • 路由(routing):确定分组从源到目的传输的路径,由路由算法管理

  • 转发(forwarding):将分组从路由器的输入端口交换至正确的输出端口

网络核心解决的基本问题:

  • 如何实现数据从源主机通过网络核心送达目的主机?

    数据交换