一、计算机网络基本概念
什么是计算机网络
1、计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物
2、计算机网络就是一种通信网络。
3、通信系统模型如下：
4、定义：计算机网络就是互连的、自治的计算机集合。
? 互连：互连互通
– 通信链路
? 自治：无主从关系。
5、通过交换网络互连主机
什么是Internet
1、全球最大的互连网络
? ISP网络互连的“网络之网络”
2、数以百万计的互连的计算机设备集合
? 主机(hosts)=端系统(end systems)
? 运行各种网络应用
3、通信链路
? 有线：光纤、铜缆等
? 无线：无线电、卫星等
4、分组交换：转发分组(数据包)
? 路由器(routers)
? 交换机(switches)
5、为网络应用提供通信服务的通信基础设施
? Web、Email、网络游戏
? 电子商务、社交网络
? ……
6、为网络应用提供应用编程接口(API)
? 支持应用程序“连接”Internet，发送/接收数据
? 提供类似于邮政系统的数据传输服务
注意：有了主机、通信链路（有线或无线）、交换节点（路由器或交
换机），Internet不能顺畅的运行，不能保证应用数据有序交互，还需要协议。
什么是网络协议
（1）协议是计算机网络有序运行的重要保证，任何通信或信息交换过程都需要规则。
（2）网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行计算机网络
中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
（3）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事件所采取的“动作”(actions)。
（4）协议三要素：
①语法(Syntax)
? 数据与控制信息的结构或格式
? 信号电平
②语义(Semantics)
? 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
③时序(Timing)
? 事件顺序
? 速度匹配
1、协议是计算机网络有序运行的重要保证
? 硬件，例如主机、通信链路、交换机、路由器是计算机网络的物
理基础。
? 计算机网络中的数据交换必须遵守事先预定好的规则。
? 如同交通系统
2、任何通信或信息交换过程都需要规则
（1）人类交谈
? 询问时间、天气
? 请教问题
? ……
? ……发送特定消息
? ……采取特定“动作”
（2）网络通信
? 通信的主体是“机器”，而不是人。
? 交换的是“电子化”或“数字化”消息。
? 计算机网络的所有通信过程都必须遵守某种/某些规则，这些规则就是协议。
二、计算机网络结构
1、 网络边缘
? 主机
? 网络应用
2、接入网络，物理介质
? 有线或无线通信介质
3、网络核心
? 互联网的路由器(或分组转发设备)
? 网络之网络
1、 网络边缘
**1、主机(端系统) **
? 位于“网络边缘”
? 运行网络应用程序
? 如QQ、Web、Email
2、客户/服务器(Client/Server)应用模型
? 客户发送请求，接收服务器响应
? 如：Web应用，文件传输FTP应用
3、对等(peer-peer，P2P)应用模型
? 无(或不依赖)专用服务器
? 通信在对等实体之间进行
? 如：BT，电驴，Skype，QQ
2、接入网络
1、使用已有的电话线连往总局的
DSL多路接入器
? 数据通过DSL电话线通往互联网
? 语音通过DSL电话线通往电话网
2、小于2.5Mbps的上载传输率
(typically < 1 Mbps)
? 小于24 Mbps 的下载传输率
(typically < 10 Mbps)
3、 FDM：频分多路复用(Frequency-division multiplexing)
在不同的频带(载波)上传输不同频道
? 大于50kHz-1MHz用于下行
? 4kHz-50kHz用于上行
? 0kHz-4kHz用于传统电话
4、HFC：混合光纤同轴电缆(Hybrid Fiber Coax)
? 非对称：下行高达30Mbps传输速率，上行2Mbps传输速率
? 各家庭(设备)通过电缆网络?光纤接入ISP路由器
5、 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
6、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
? 通过基站(base station)或称为接入点(access point)
接入网络小结
1、电话拨号接入
? 利用电话网络接入。
2、 非对称数字用户线路ADSL
? 利用电话网络接入
? 基于频分多路复用技术
? 非对称
?独享式接入
3、混合光纤同轴电缆HFC接入网络
? 利用有线电视网络接入的技术
? 基于频分多路复用技术
? 非对称
? 共享式接入
4、局域网：典型的局域网技术是以太网、WiFi等。
5、 移动接入网络：利用移动通信网络，如3G/4G/5G网络
3、网络核心
1、互连的路由器网络
2、网络核心的关键功能：路由+转发
电路交换
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
3、数据交换—电路交换
3.1 数据交换类型
? 电路交换
? 报文交换
? 分组交换
3.2 电路交换的特点
①最典型电路交换：电话交换
②电路交换的三个阶段
? 建立连接（呼叫/电路建立）
? 通信
? 释放连接
③独占资源
多路复用
4、 电路交换的资源共享？
电路交换如何共享中继线？
多路复用(Multiplexing)
4.1 多路复用(multiplexing)，简称复用，是通信技术中的基本概念
报文交换与分组交换
5、报文交换(message switching)
? 报文：源(应用)发送信息整体
? 例如，一个文件
6、分组交换(packet switching)(1)
? 分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包。
? 分组交换需要报文的拆分与重组，产生额外开销。
6.1 分组交换—统计多路复用(statistical multiplexing)
? A、B分组序列不确定，按需共享链路
6.2 存储—转发(store-and-forward)
? 报文交换与分组交换均采用存储—转发交换方式
? 区别：
（1）报文交换以完整的报文进行存储—转发
（2）分组交换以较小的分组进行存储—转发
数据交换小结
? 电路交换效率不高：预先分配传输链路，空闲时，浪费链路时间。
? 分组交换不适合实时服务：端到端时延不确定；
? 分组交换带宽共享好，简单，有效，成本更低。
? 分组交换按需分配链路，利用率高。
? 发展趋势：广泛使用分组交换，电路交换向分组交换转变。