1.1.1. 计算机网络的概念

计算机网络是一个将众多 分散的、自治的 计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现 资源共享 和 信息传递 的系统。

计算机网络 （简称网络）：由若干结点 （node）和连接这些结点的链路 （link） 组成.网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。网络之间还可通过路由器互连，构成一个覆盖范围更广的计算机网络，这样的网络称为互连网（internet）。于是，我们可以这样 理解：网络把许多计算机连在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连在一起。

路由器（router）:

可以把两个或多个计算机网络互相连接起来，形成规模更大的计算机网络，也可称“互联网”

交换机（Switch）：

可以把多个结点连接起来，组成一个计算机网络

家庭、公司、学校通常用交换机组建内部网络

internet（互连网）：

是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这 些网络之间可以使用任意的通信协议作为通信规则，不一定非要使用TCP/IP协议。

Internet（互联网或因特网）：

由各大 ISP和国际机构组建的，覆盖全球的互连网（internet），是一个专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络 和路由器互连而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则。

1.1.2. 计算机网络的组成

从组成部分看：

从组成部分看，计算机网络主要由 硬件、软件、协议 三大部分组成。

硬件主要由主机（也称端系统）、通信链路（如双绞线、光纤）、交换设备（如路由器、交换机等）和通信处理机（如网卡）等组成。

软件主要包括各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件（如E-mail程序、FTP程序、聊天程序等）。

协议是计算机网络的核心，如同交通规则制约汽车驾驶一样，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。

从工作方式看：

从工作方式看，计算机网络（互联网）可分为边缘部分和核心部分。

边缘部分由所有连接到互联网上的供用户直接使用的主机组成，用来进行通信（如传输数据、音频或视频）和资源共享；

核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成，它为边缘部分提供连通性和交换服务。

从功能组成看：

计算机网络由通信子网和资源子网组成。

通信子网由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，它使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力，实现联网计算机之间的数据通信。

提示

• 网络层：路由器
• 数据链路层：交换机、网桥
• 物理层：集线器、中继器

资源子网是实现资源共享功能的设备及其软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。

提示

• 应用层：软件
• 表示层：软件
• 会话层：软件

1.1.3. 计算机网络的功能

数据通信（最基本）

交流是一切活动的前提

数据通信是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现计算机之间各种信息的传输，并联系分散在不同地理位置的计算机，进行统一的调配、控制和管理。例如，文件传输、电子邮件等应用，离开了计算机网络就无法实现。

资源共享

资源共享既可是软件共享、数据共享，又可是硬件共享。它使计算机网络中的资源互通有无分工协作，从而极大地提高了硬件资源、软件资源和数据资源的利用率。

分布式处理

当计算机网络中的某个计算机系统负荷过重时，可将其处理的某个复杂任务分配给网络中的 其他计算机系统，从而利用空闲计算机资源来提高整个系统的利用率。

提高可靠性

计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机。

负载均衡

将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机。

1.1.4. 电路交换、报文交换与分组交换

电路交换

最典型的电路交换网是传统电话网，从通信资源分配的角度看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换分为三步：连接建立、数据传输和连接释放。

在进行数据传输前，两个结点之间必须先建立一条专用（双方独占）的物理通信路径（由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成)，该路径可能经过许多中间结点。在数据传输过程中，这一物理通信路径始终被用户独占，直到通信结束后才被释放。

在电路交换的整个通信阶段，比特流连续地从源点直达终点，就好像在一个管道中传送。

电路交换技术的优点如下： 1)通信时延小。因为通信线路为通信双方专用，数据直达，所以传输时延非常小。

2)有序传输。双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。

3)没有冲突。不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题。

4)适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号，又适用于传输数字信号。

5)实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可随时通信。

6)控制简单。电路交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。

电路交换技术的缺点如下：

1)建立连接时间长。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。

2)线路利用率低。物理通路被通信双方独占，即使线路空闲，也不能供其他用户使用。

3)灵活性差。物理通路中的任何一点出现故障，就必须重新拨号建立新的连接。

4)难以规格化。不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信。

5)难以实现差错控制。中间结点不具备存储和检验数据的能力，无法发现并纠正错误。

注意，在电路交换中，电路建立后，除源结点和目的结点外，电路上的任何结点都采取“直通方式”接收数据和发送数据，即不存在存储转发所耗费的时间。

电路交换的优缺点

电报网络

数据交换的单位是报文，用户数据加上源地址、目的地址等信息后，后封装成报文(message)报文交换采用存储转发技术，整个报文先传送到相邻的结点，全部存储后查找转发表，转发到下一个结点，如此重复，直至到达目的结点。每个报文都可单独选择到达目的结点的路径。

报文交换技术的优点如下：

1)无须建立连接。通信前无须建立连接，没有建立连接时延，用户可随时发送报文。

2)动态分配线路。交换设备存储整个报文后，选择一条合适的空闲线路，转发报文。

3)线路可靠性高。若某条传输路径发生故障，则可重新选择另一条路径传输数据。

4)线路利用率高。报文在哪段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。

5)提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址。

报文交换技术的缺点如下：

1)转发时延高。交换结点要将报文整体接收完后，才能查找转发表转发到下一个结点。

2)缓存开销大。报文的大小没有限制，这就要求交换结点拥有较大的缓存空间。

3)错误处理低效。报文较长时，发生错误的概率相对更大，重传整个报文的代价也很大。

分组交换

分组交换也采用存储转发技术，但解决了报文交换中报文过长的问题。

若报文太长，则对交换结点的缓存容量就有很大的需求，在错误处理方面也比较低效。

源结点在发送之前，先把较长的报文划分成若干较小的等长数据段，在每个数据段前面添加一些由必要控制信息（如源地址、目的地址和编号信息等）组成的首部，构成分组(Packet)

源结点将分组发送到分组交换网中，分组交换网中的分组交换机收到一个分组后，先将其缓存，然后从其首部中提取目的地址，据此查找自己的转发表，再后将分组转发给下一个分组交换机。经过多个分组交换机的存储转发后，分组最终到达目的结点。

分组交换技术的优点如下：

1)无建立时延。通信前无须建立连接，没有建立连接时延，用户可随时发送分组。

2)线路利用率高。分组在哪段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。相比采用电路交换传送突发式的计算机数据，分组交换的通信线路利用率大大提高。

3)简化了存储管理（相对于报文交换）。因为分组的长度固定，相应缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。

4)加速传输。分组是逐个传输的，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组比传输一次报文所需的缓冲区小得多，这样，因缓冲区不足而等待发送的概率及时间必然也少得多。

5)减小了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出错概率必然减小，所以每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，而且减小了传输时延。

分组交换技术的缺点如下：

1)存在存储转发时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延小，但相对于电路交换仍存在

2)需要传输额外的信息量。每个小数据段都要加上控制信息以构成分组，这使得传送的信息量增大了5%~10%，进而使得控制复杂，降低了通信效率，增大了处理的时延。

3)当分组交换网采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组的情况，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，而这些工作很麻烦。

1.1.5. 计算机网络的分类

按分布范围分类