计算机网络——第一章（知识整理）
计算机网络的定义
计算机网络是指将地理位置不同且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享的系统。
计算机网络的不同分类
按通信介质
可分为有线网络和无线网络
关注物理实现、抗干扰性、保密性、安全性等因素
按使用网络的对象
可分为公众网络和专用网络
关注用户对象、网络管理、安全性等因素
按网络传输技术
可分为广播式网络和点到点式网络
关注传输与转发机制、安全等因素
按地理覆盖范围
可分为广域网、城域网和局域网
关注技术选择与实现、网络管理等因素
按照网络传输速度
可分为低速网和高速网
关注用户体验
局域网（Local area networks,LANs）
1.覆盖范围一般在几公里以内，如一个房间、一个楼层、一幢大楼或一个园区范围内。
2.适用于公司、机关、校园、工厂等有限范围的计算机、终端与各类信息处理设备连网的需求。
3.具有数据传输率高（10Mbps~10Gbps）、传输延迟低（<几十个ms）和误码率低等特点。
4.一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展。
5.典型技术：Ethernet
广域网（Wide area networks,WANs）
1.覆盖范围一般是几十公里到几千公里以上。
2.可以覆盖一个国家和地区，还可以跨越各大洲，形成国际性的远程网络，故也称为远程网。
3.它将分布在不同地区的计算机系统互联起来，达到资源共享的目的。
城域网（Metropolitan area networks,MANs）
1.介于广域网与局域网之间的一种高速网络，覆盖范围大约是几公里到几十公里。
2.主要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司和其他组织机构的内部或相互之间的局域网互联的需求。
3.如连接大学各大校区的校园主干网。
4.实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。
5.城域网技术与局域网技术及广域网技术之间的边界正在日益模糊，与局域网有很大的相似性。
计算机网络的形成与发展
新技术出现与大规模应用需要的两个基本条件：
1.强烈的社会需求。
2.技术的储备与成熟。
计算机网络问世至今已经有半个多世纪，其发展可大致划分为四个阶段
1.计算机网络的形成：远程联机阶段
远程联机系统为了适应多台终端与一台计算机相连的情况，通常在计算机与终端间加入多重线路控制器。但是当终端数增加时，该系统会产生明显的缺陷，一是数据处理性能下降，计算机不仅要完成数据处理工作，还要承担终端和计算机之间的通信工作，随着接入计算机的终端数不断增加，大量的通信任务会大大降低计算机的数据处理效率；二是线路浪费大，由于该系统中每个终端都单独使用一条线路与计算机相连，导致线路利用率很低。
为了解决性能方面的问题，出现了采用前端处理器（front-end-processor,FEP,简称“前端机”）和线路集中器的远程联机系统。前端机专门用来处理通信任务，从而使计算机解放出来而专注于数据处理。这样既提升了通信的可靠性，又提升了数据处理的效率。
2.计算机网络阶段：多计算机互联
远程联机系统发展到一定的阶段，计算机用户希望能够使用其他计算机系统上的资源。同时，拥有多台计算机的组织机构或大企业也希望各计算机之间可以进行信息的传输与交换。于是在20世纪60年代出现了以实现“资源共享”为目的的多计算机互联的形态。
在这个阶段，对整个系统的通信可靠性和准确性提出了更高的要求。普遍采用的方案是在计算机和线路之间设置通信控制处理机（CCP）来提高系统性能。
3.标准或开放的计算机网络
- 网络体系结构的多样化与私有性：
➢ IBM的SNA（系统网络结构）-1974
➢ DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975 - 呼唤网络体系结构的标准化与兼容性：
➢ ISO 的 OSI RM（ 开放系统互连参考模型 ） -
1977/1984
➢ IEEE的IEEE 802标准- 1980年 ➢ TCP/IP协议 - 1983年 - 重要特征：网络体系结构与协议标准化的研究，广域网、局域网与分组交换技术的研究与应用。
- 推动了计算机网络的高速发展：
以太网(Ethernet) 与因特网(Internet)
4.高速、互连、智能化的计算机网络
20世纪90年代以后
高速网络技术发展迅速：
◼ 在局域网领域，Fast Ethernet、Gigabit Ethernet、
10Gb/s的Ethernet大规模部署，速率为40Gb/s的
Ethernet网进入实用，100Gb/s的Ethernet网问世；
◼ 基于光纤与IP技术的宽带城域网与宽带接入网技术已经
成为研究、应用与产业发展的热点问题之一，主干带
宽的增加达到10Gbps或更高，有线接入带宽高达
1000Mbps，无线高达1300Mbps（IEEE802.11ac） 无线与移动网络：随时（anytime）、随地(anywhere)
网络互连程度不断提高，表现为：
◼ Internet Internet Ⅱ(NG)、 Intranet、Extranet
计算机网络的功能
可归纳：资源共享、数据通信、均衡负荷和分布式处理、信息的集中和综合处理等
资源共享
包括硬件和软件资源。硬件资源包括处理机、大容量存储器、打印设备等，软件资源包括各种应用软件、系统软件和数据等。
数据传送
包括网络用户之间、各处理器之间以及用户与处理器间的数据通信。如IP电话、E-MAIL、网上QQ等。
均衡负荷
指当网络的某个节点系统的负荷过重时，新的作业可以通过网络传送到网中其他较为空闲的计算机系统去处理。
信息的集中和综合处理
各种管理信息系统、智能决策系统等。
计算机网络的组成
基于计算机网络的两大基本功能：数据处理和数据通信
从资源构成的角度——计算机网络由硬件和软件组成
硬件：包括各种主机、终端等用户端设备；交换机、路由器等通信控制处理设备；通信线路。
软件：由各种系统程序和应用程序以及大量的数据与信息资源组成。
从逻辑功能上分——资源子网和通信子网
资源子网
➢ 负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网
络资源和网络服务。
➢ 主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资
源和数据资源构成。
通信子网
➢ 为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。
➢ 主要由通信控制处理机(CCP)、通信链路及其他设备
如调制解调器等组成。
计算机网络拓扑结构
拓扑学：
几何学的一个分支，从图论演变而来。
拓扑学方法：
把实体抽象成与其大小及形状无关的“点
”，把连接实体的线路抽象成“线”，用图来表示点与
线之间的关系，目的在于研究这些点、线之间的相连关
系。
拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念：
几何结构强调的是点与线所构成的形状及大小；拓
扑学关注的是点与线之间的关系。
不同的几何结构可能表现出相同的拓扑结构。
如何抽象？
将通信子网中的通信处理机、计算机等设备抽象成点，
把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和
线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。
为什么研究网络的拓扑结构？
网络拓扑结构反映出网络的结构关系，对于网络的性能、
可靠性以及建设管理、成本等都有着重要的影响，在整个
网络设计中占有十分重要的地位，是网络构建时首先要考
虑的因素之一。
常见的网络拓扑结构
•总线型 •星型 •树型 •环型 •网状型
总线型拓扑结构
所有节点直接连到一条物理链路上，除此之外
节点间不存在任何其他连接。
每一个节点可以收到来自其他任何节点所发送
的信息-广播网络。
优点：简单、易于实现。
缺点：可靠性和灵活性差 、传输延时不确定。
星型拓扑结构
网络由各节点以*节点为中心相连接，各节点
与*节点以点对点方式连接。
节点之间的数据通信要通过*节点
优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网
容易。
缺点：中心节点成为全网可靠性的关键。
树形拓扑结构
数据流具有明显的层次性。
星型结构的扩展。
减少了链路与设备的投资。
优点：在星型的优点之外，更富于层次，从而可
隔离某些网络流量。
环形拓扑结构
节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相
邻的两个节点相连。
每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。
优点：简单、易于实现，传输延时确定 。
缺点：维护与管理复杂。
网状结构
又称无规则型。结点间的连接是任意的，不存在
规律。
数据的传输有赖于所采用的网络设备。
优点：多条链路提供了冗余连接。
缺点：结构复杂。
完全网状结构
每一个节点均与其他每一个节点直接相连。
数据的传输有赖于所采用的网络设备。
优点：多条链路提供了冗余连接。
缺点：链路随着节点数目的增加呈指数增长。