第一周:计算机网络概述(上)

发布于:2024-06-04 ⋅ 阅读:(180) ⋅ 点赞:(0)

一、计算机网络基本概念

1、计算机网络=通信技术+计算机技术

计算机网络就是一种特殊的通信网络,其特殊之处就在于它的信源和信宿就是计算机。

2、什么是计算机网络

在计算机网络中,我们把这些计算机统称为“主机”(上图中所有相连的电脑和服务器都是主机),连接这些主机的介质被称为“通信链路”。

问:如果主机数量大,而且互相之间距离很远,应该如何保证互连?

答:通过交换网络互连主机。

交换网络有一个非常重要的设备,被统称为交换节点(在计算机网络中常见的是路由器或交换机)。有了这样的交换网络连接,那么我们的主机之间就可以通过交换网络的交换节点实现数据的中继,实现把数据从其原主机送到目的主机。这就是我么一般意义上说的计算机网络。

3、什么是Internet?

(1)从组成细节角度看

(2)从服务角度看

(3)提问

二、网络协议

1、协议是计算机网络有序运行的重要保证

协议就是规则。如果把计算机网络比作一个四通八达的交通网络,那么协议就是交通规则。

2、任何通信或信息交换都需要规则

比如我们人类在日常沟通交流过程中,我们也要遵循一些规则。在沟通的过程中,我们会注意到,这些规则约定了你在交互的过程中,当你收到特定消息的时候,你要对这些特定消息做出响应(即采取一些行动)。同样地,在计算机网络中进行通信的时候,也一样要遵循一些规则,只不过这个时候我们的通信主体是机器而不是人了,交换的信息是电子化数字化的了,这些规则就是我们所说的网络协议。 

3、什么是网络协议

 4、

不同的协议功能是不同的,所要完成的任务是不同的,交换的信息也不同,信息的格式也不一样。作为一个网络协议,通常来说有三个最基本的要素:语法(Syntax)、语义(Semantics)、时序(Timing)

语法(Syntax):就是说,协议之间不是要交换信息嘛,那你交换的信息是什么样的格式,如果交换的信息格式不明确,那我给你的信息你是没办法成功解读的。所以语法定义了数据与控制信息的结构或格式如果信息是底层信息,那语法定义的就是信号电平

语义(Semantics):我们平时写信的时候,你写完信不能直接就把这封信扔给邮局然后邮局给你寄到收信人那里,你得把信装到信封里,按照邮局规定的格式去书写地址信息,封装好之后,邮局才可能把你的信送到目的地。这就涉及到在你信件的那张纸的基础上增加信封和其他信息的内容,这就是语义。因此,语义规定协议双方在传输信息的过程中,到底还要发出哪些控制信息,这些控制信息到底是什么含义,你对于这些信息到底要做什么响应。简单说,就是你得知道它的意义,否则你就不知道怎么做。

时序(Timing):既然是双方要交换信息,显然要按照一定的顺序进行。不能没有顺序的约定,你想什么时候发信息就什么时候发信息,你想什么时候回复信息就什么时候回复,这显然是不行的。时序定义了协议双方通信所要遵循的时间顺序,以及双方交换信息的速度匹配问题。

以上就是协议的三个要素。

计算机网络中,协议是一个非常重要的内容。协议规范了网络中所有信息发送和接收过程。我们发送和接受信息都会遵循一个或几个协议,比如:TCP、IP、HTTP、Skype、802.11等。

学习计算机网络的重要内容之一就是学习协议。

网络创新的重要形式之一就是设计各种协议。近些年来,在物联网、传感器网络等新兴网络领域都有一些新的协议被设计出来,当然也包括互联网。

作为Internet网络,大量的协议都是以RFC(Request For Comments 请求评价)文档的形式存在的,这些文档通常由互联网IETF(Internet Engineering Task Force 互联网工程任务组)来进行管理的。如果大家想去看一看互联网中某些协议最权威的描述,就看它的RFC文档。

三、计算机网络的结构

计算机网络的结构大致可分为这几个部分:网络边缘、接入网络或物理介质、网络核心(核心网络)

网络边缘:包括主机、网络应用。网络边缘的主机上,会运行各种网络应用。

接入网络或物理介质:包括有线或无线通信链路。接入网络或网络的物理介质将主机和网络的其他部分连接。

网络核心(核心网络):网络核心是由一些网络的中继路由设备(比如路由器、交换机、分组转发设备)构成的网络。这些路由器设备的主要任务就是完成分组的转发。事实上,我们的Internet网络也恰恰是因为有了核心网络,才可以实现更大范围的网络互连,构成网络之网络。

1、网络边缘

网络边缘由主机(端系统)构成。它位于网络的最边缘处,我们平时使用的计算机、智能手机等设备,只要它接入了互联网,这些设备就都处于网络边缘。这些网络边缘的设备会运行各种网络应用程序(如Web、Email等)。

作为这些主机上运行的网络应用,它们之间是按照什么方式进行通信的呢?

主要有两类,分别是:一类是客户/服务器(client/server)应用模型、对等(Peer to Peer,P2P)应用模型

客户/服务器(client/server)应用模型:就是客户端发送请求,服务器端接收请求并为客户做出响应。也就是说在这类网络应用里面有客户身份和服务器身份的区别,比如Web应用、文件传输应用(FTP)这些典型的网络应用都属于这一类。作为这一类应用,服务器端软件要事先运行在服务器计算机上,然后客户端运行客户端软件,主动与服务器进行通信。也就是说谁主动发起通信谁就是客户,谁被动接收服务请求,谁就是服务器。作为客户/服务器网络应用,还有一个特点就是所有的通信都是在客户和服务器之间进行的,而不会出现客户和客户之间进行通信的情况。

对等(Peer to Peer,P2P)应用模型:在这类应用模型里,通信双方之间没有绝对的客户和服务器的区分,大家都是对等的,即P2P是在两个对等实体之间进行的。并且在这类应用里面通常可以没有我们传统意义上的专用服务器,或者说它的通信或数据交换过程不再仅仅依赖专用服务器。现实中的QQ就是P2P。

2、接入网络

我们的网络边缘都是通过接入网络与网络核心进行连接的,这个接入网络可能是一个复杂的网络,也可能只是一个通信链路。

接入网络要解决的问题就是如何将网络边缘的这些主机接入核心网的边缘路由器上。

按照我们接入网络的类型或常用场合,我们可以将接入网大概分这几类:居民(家庭)接入网络、机构接入网络(学校、企业等)、移动接入网络。注意,这里的类别划分并不是严格意义上的,机构接入网络也可以用于家庭,反之同样。

不管我们选择什么接入网络,从用户角度来说,我们最关心的有:带宽(bandwidth)(bps)、接入方式(共享or独占)

带宽(bandwidth)(bps):在网络中,通常所说的带宽是指数据传输速率,即每秒能传输多少个比特的数据。这跟通信领域所说的带宽是有巨大差异的。

问:通信中所说的带宽是指什么?

答:通信所说的带宽是信号最高频率与最低频率之差,单位为赫兹Hz,是描述信号频率范围的一个重要指标,反映了信号所包含的频率成分的宽度,决定了信号能够传输的信息容量和传输速率,一般来说,带宽越大,信号能够传输的信息就越多,传输速率也就越快。在实际应用中,需要根据具体的通信需求和技术条件来选择合适的带宽,以保证信号的传输质量和效率。

接入方式(共享or独占):接入方式分为共享和独占两种方式。独占意味着这个带宽是为我一个人所用的,共享是大家要均分或者共同使用的。

我们来看一些比较有代表性的接入网络:

数字用户线路(DSL):我们平时会更多听到ADSL(非对称数字用户线路)。DSL最大特点是利用我们家庭已有的家庭到中心局的电话线实现的接入。我们通过电话线实现声音和数据的同时传输,把数据信号连接到互联网上,电话和语音信号连接到传统的电话网络上。这种技术其实采用了一种多路复用技术(后面会介绍,简单说就是多路信号共同使用一个物理介质来进行传输)。通过一个DSL接入多路复用器,实现将我们的话音信号和数据信号分离。

刚才说了,DSL中最典型的是ADSL(非对称数字用户线路),“非对称”就是指上行线路和下行线路的速率是不一样的,比如往外发数据和接收数据的速度(带宽)不同,通常上行(从家里往外发)速率比较低,下行(下载)速率(或贷款)会比较快。

DSL或ADSL采用的是典型的频分多路复用(FDM)技术(就是把信号调制到不同的频带上,利用不同频带的载波进行传输)。下行我们一般把信号调到50KHz-1MHz,下行一般调到4KHz-50KHz,传统电话一般调到0Khz-4KHz。


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