概述
网络计算机定义与分类
计算机网络的定义
计算机网络(Computer network)的简单定义 计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合 1. 相互连接 2. 可以独立工作 3. 不止一台
网络的功能 1. 连通性 2. 资源共享
计算机网络与分布式系统(Distributed system)
在分布式系统中，一组独立的计算机展现给用户的是一个统一的整体，就好像是一个系统似的，常通过覆盖一层专用软件，如: Hadoop
计算机网络不具有这种统一性
分布式系统建立在网
络之上
计算机网络的分类
按照作用范围分类(或覆盖范围)
广域网 WAN (Wide Area Network)
作用范围几十到几千公里
局域网 LAN (Local Area Network)
通常局限在一个建筑物或一个单位内
城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
作用范围通常是一个城市
常采用局域网技术建立
个人区域网 PAN (Personal Area Network)
在个人工作区域实现各种电子设备互联的网络，采用无线技术(如蓝牙)，因此又称为 WPAN(Wireless PAN)，作用范围大约在10m左右
计算机网络与Internet发展概述
计算机发展的几个阶段
主机-终端时代 (20世纪50-60年代)
计算机以大型机的形式存在
终端通过专用线路或通信网络连接搭配主机上，实现多用户远程共享主机计算资源
终端只负责从键盘发送数据和接受数据到屏幕，实际的处理和计算全都在大型主机上进行
主机互连时代 (20世纪60-70年代)
需求：不同地区之间的主机需要共享、传输数据
1969年，ARPARENT 建立
网络时代 (20世纪70年代之后)
1978年，TCP/IP协议诞生
1983年，ARPANET采用TCP/IP协议
加州大学伯克利分校推出内含TCP/IP的BSD UNIX
80年代起，以IBM PC为代表的微机大量普及，微机之间的互连需求推动了局域网技术的发展
随后局域网间互连需求又推动了Internet的快速发展
网络的发展以通信技术为基础，反过来又带动通信技术发展，例如：光纤通信使得宽带网络互连成为可能，网络带来的数据传输需求又带动光纤通信的传输速率不断提高
Internet发展概述
第一阶段：ARPANET->网际互联发展
第二阶段：建成三级结构的Internet
第三阶段：形成多层次ISP结构的Internet
IP地址、域名管理等均交由专门企业运营 (开始商用)
注意：Internet 特指现在的互联网(又称为因特网)，internet 指多个网络互连形成的网络
计算机网络的性能
性能指标
速率
传送数据的速率，即数据速率(data rate)或比特率(bit rate)
单位：b/s，也写为bps (bit per second)，kb/s、Mb/s、Gb/s、…
注意： b 是 bit 位，B 是 Byte 字节，1字节=8位
带宽(bandwidth)
两种含义
原本指某个信号具有的频带宽度，如电话线上信号带宽为3.1kHz(300—3.4kHz)；通信线路允许通过的信号频带范围称为线路带宽
计算机网络中，指通信线路传送数据的能力，即最高数据率
吞吐量(throughput)
单位时间内通过网络的数据量(能传输多少数据)
常用作实际网络的测量指标
时延(delay, latency)
指数据从网络(或链路)一端传送到另一端所需的时间，又称为延迟
网络时延由多个部分组成
发送时延 => $发送时延=\frac{数据块长度(b)}{发送速率(b/s)}$
传播时延 => $传播时延=\frac{信道长度(m)}{电磁波在信道上的传播速率(m/s)}$
处理时延
排队时延
时延带宽积
又称为以比特为单位的链路长度
往返时间(RTT—Round-Trip Time)
又称为环路时延、回路时延
从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的应答所经历的时间
注意:
往返时间不是单向的时延*2，因为来回走的通路可能不同
往返时间更容易获取，因为单向的时延需要通过卫星同步两台主机的时钟
往返时间更有实际意义，因为真实通讯中大多是相互应答
利用率
用来评价一个信道或者一条线路的利用效率
包括信道利用率和网络利用率
信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)
网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值
非性能指标
费用
质量
标准化
可靠性
可扩展性和可升级性
易于管理和维护
计算机网络体系结构
网络体系结构概述
计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合
OSI体系结构 ---------------
分层原因：实现信息在网络中传输非常复杂，分层是将复杂问题简单化、局部化的有效方法
传输介质：有线(铜线、光纤)、无线
连接到网络中的计算机硬软件平台各不相同
通信双方距离可长可短(可能需经过多条链路)
需保证信息传输的可靠性、顺序性
需满足各种应用的需要：文件传输、电子邮件、实时多媒体、…
典型的网络体系结构
1974年，IBM SNA(System Network Architecture)
1977年，ISO开始制订OSI(Open System Interconnection Reference Model)，1983年形成标准
影响最为广泛
TCP/IP
七层或五层协议的体系结构
OSI 体系结构 --- 7层
TCP/IP 体系结构 --- 4层 --- 当前使用特别广泛，是Internet的核心
会话层和表示层合并在应用层中
网络层称为网际层(Internet layer)
数据链路层和物理层合并为一个网络接口层(Host2Network layer)，只需要设计不同的接口就能满足不同的传输介质的需求(e.g. 为铜线设计一个铜线专用接口，为光纤设计一个光纤专用接口)
在底层的物理层不是特别完整，只负责定义接口，而物理层的细节没有涉及 (*)
五层协议结构 --- 5层
将 OSI 的七层和 TCP/IP 的四层进行结合
只采用了 TCP/IP 的 1. 会话层和表示层合并在应用层中
每一层的 $H_n$ 是每一层加的头(Header)
协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)：对等层次之间传送的数据单位(即文件大小多少为1个单位进行传输)
有些文献将多个层次的协议称为协议栈(protocol stack)
实体、协议、服务和服务访问点
实体(entity)：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程，在网络结构中不规定某一层是由软件实现还是硬件实现
协议(protocol)：控制两个对等实体进行通信的规则的集合，如定义文件传输的单位大小，字节编码等规则
在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务(service)；要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务
同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点SAP(Service Access Point)
协议对上层的服务用户是透明的，服务用户只能看到下层提供的服务 (*)
协议的设计不但要考虑正常情况，还要考虑各种异常情况，较为复杂
网络协议的经典问题：两军问题(蓝白军问题)
蓝军中间的白军使得信息的交换不可靠
在现实中也是假设大部分的信息是可靠的，但也存在着误码率等因素
在日常的环境下，如果信道的可靠性降得比较低，就不能保证信息的传输
TCP/IP 的体系结构
网络标准化
概述
标准化对于计算机网络至关重要，为了实现不同厂商的软硬件互联，大家必须遵守统一的标准
标准分类
法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准，如：国字号
– 事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准。如TCP/IP，大家都按照他的标准去适配生产。
标准化组织
ITU-T
国际电信联盟电信委员会(International Telecommunication Union)，前身是国际电报电话咨询委员会(CCITT)
各国按条约建立的机构，主要成员是各国的邮电部，主要负责制定电信行业的标准。
ISO
国际标准化组织(International Standard Organization)
义务性组织，主要成员是各大公司技术人员、大学教授、政府官员。
负责各行业的标准制定，主要贡献：ISO/OSI RM
IEEE
电子、电气学工程师学会(The Institute of Electrical and Electronics Engineers)
专业性组织，学术团体，主要贡献：IEEE 802系列局域网标准。
IETF
Internet工程任务组(Internet Engineering Task Force)
负责Internet相关标准的制定
标准形式：RFC xxxx，RFC指Request for Comment，可以免费下载
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