【计算机网络】计算机网络概述

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1. 计算机网络的作用及其发展史

1.1. 计算机网络的作用

• 二十一世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。

• 网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。

信息时代以网络为核心。

(1) 网络

• “网络”是一个统称，泛指把人或物互连在一起而形成的系统。

• 网络的分类：

  1. 电信网络。提供电话、电报及传真等服务。

  2. 有线电视网络。向用户传送各种电视节目。

  3. 计算机网络。使用户能在计算机之间传送数据文件。

  发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。

  网络的发展趋势：

  电信网络和有线电视网络逐渐向计算机网络融合。（三网融合）

(2) Internet

全球最大、最重要的计算机网络。

Internet的译名：

• 因特网：推荐，但却长期未得到推广。

• 互联网：目前流行最广，事实上的标准译名。

  互联网 ≠ 互连网

  互连网：局部范围互连起来的计算机网络。

(3) 互联网和互连网的区别

• 互联网（Internet），是一个专有名词，也称为因特网。它是指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互联网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的APPANET（阿帕网）。

• 互连网（internet），是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。

任意把几个计算机网络互连起来（不管采用什么协议），并能够相互通信，这样构成的是一个互连网（internet），而不是互联网（Internet）。

(4) 互联网的特点

• 连通性(connectivity)。使上网用户之间可以非常便捷、非常经济地交换各种信息；好像这些用户终端都彼此直接连通一样。

• 资源共享(Sharing)。实现信息共享、软件共享、硬件共享；由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样地方便使用。

连通性和资源共享是 Internet 提供许多服务的基础。

(5) 互联网+

• 互联网+，即互联网+各个传统行业。

  把互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域

(6) 互联网带来的负面影响

传播病毒、窃取数据或钱财、散布谣言和不良信息、欺诈、网瘾等。

• 缓解互联网带来的负面影响，需要加强对互联网的管理。

1.2 计算机网络的发展史

• 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。

• 其发展过程经历从简单到复杂，由低级到高级的过程。

(1) 分组交换的发展（1961~1972）

• 电话交换网（20世纪60年代初）：

  使用电路交换将信息(话音)从发送方传输到接收方。 随着计算机逐步发展，希望将计算机连接在一起，互相共享。

• 分组交换: 由三个小组Kleinrock(MIT)、Baran(Rand)、Davies(NPL)分别提出。

(2) 阿帕网（20世纪60年代）

第一个分组交换计算机网络是美国国防部高级研究计划局(Advanced Research Projects Agency)研制的ARPAnet(阿帕网)，是互联网的前身。

20世纪60 年代初，美国国防部领导的远景研究规划局（ARPA）提出要研制一种生存性很强的网络。

1. 传统的电路交换的电信网有一个缺点:正在通信的电路中有一个交换机或有一条链路被炸毁，则整个通信电路就要中断。

2. 如要改用其他迁回电路，必须重新拨号建立连接。这将要延误一些时间

• 新型网络的基本特点:

  1. 网络用于计算机之间的数据传送，而不是为了打电话。

  2. 网络能够连接不同类型的计算机，不局限于单一类型的计算机。

  3. 所有的网络结点都同等重要，因而大大提高网络的生存性。

  4. 计算机在进行通信时，必须有冗余的路由。

  5. 网络的结构应当尽可能地简单，同时还能够非常可靠地传送数据。

• 阿帕网的成功使计算机网络的概念发生根本变化：

  早期面向终端的计算机网络是以单个主机为中心的星形网各终端。通过通信线路，共享昂贵的中心主机的硬件和软件资源。

  分组交换网则是以网络为中心，主机都处在网络的外围。用户通过分组交换网可共享连接在网络上的许多硬件和各种丰富的软件资源。

  其他分组交换网络： ALOHAnet：将夏威夷岛上的大学连接到一起的网络。

  Telenet：基于ARPAnet技术的商用分组交换网。

  Cyclades：法国的分组交换网。

  分时共享网络：Tymnet 和 GE信息服务网。

  IBM的SNA:与 ARPAnet并行工作。

(3) 网络互联和标准化时期

• 将许多网络互相连接到一起，互相通信。也称为网络的网络。

• 该时期制定一系列相关体系结构标准，如：TCP、UDP、IP等。

(4) 网络的激增（1980~1990）

• 网络中的主机数量急增。

  如ARPAnet中主机从4台到200台，再到 100000 台。

• 新网络不断出现。

  如： BITNET：连接美国东北部几个大学 CSNET：计算机科学网。 NSFNET：国家科学基金网。主干速率最初56kbps，80年代末，达到 1.5Mbps，成为区域网络的基本主干。

  Minitel：法国政府支持的项目。

• 数据网络进入家庭。

(4) 互联网爆炸（20世纪90年代）

• ARPAnet正式关闭（1990年）。

  MILNET和国防数据网：承载大多数与美国国防部相关的流量; NSFNET：于1995年退役，由商业互联网服务提供商负责运营。

• 万维网(World Wide Web)出现。将互联网带入数以百万的家庭和企业，并设置数百个新的应用程序。

• 互联网硬件和服务不断出现。

(5) 最新发展

高速接入网：宽带住宅互联网接入(电缆调制解调器和 DSL)、高速无线接入(i-mode)等。

网络安全：入侵检测系统的研制、防火墙过滤及IP源等。

P2P（peer-to-peer）网络的应用：用户计算机资源对于中心服务器有很大的自治性。可间歇性的对等连接。

1.3 中国计算机网络的发展

(1) 发展历程

1980 年，铁道部开始进行计算机联网实验

1989年11月，我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。

1994年4月20日，我国用64kbit/s 专线正式连入互联网，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。

1994年5月，中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。

1994年9月，中国公用计算机互联网CHINANET 正式启动。

(2) 规模最大的公用计算机网络

• 中国电信互联网HANET(也就是原来的中国公用计算机互联网)；

• 中国联通互联网 UNINET；

• 中国移动互联网CMNET；

• 中国教育和科研计算机网CERNET；

• 中国科学技术网 CSTNET。

2. 计算机网络的定义及分类

2.1 计算机网络的定义

(1) 定义一

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如，传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

• 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等。

• 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用包括今后可能出现的各种应用

可编程的硬件表明这种硬件一定包含有中央处理机 (CPU)。

(2) 定义二

一些互相连接的、自治的计算机的集合。

(3) 定义三

计算机网络是用通信设备和线路将分散在不同地点的有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，并按照网络协议进行数据通信，实现资源共享的计算机集合。

• 多个计算机：为用户提供服务；

• 一个通信子网：通信设备和线路；

• 一系列协议：保证数据通信。

2.2 计算机网络的特点

(1) 连通性(Connectivity)

使上网用户之间都可以交换信息(数据，以及各种音频视频)，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。

互联网具有虚拟的特点，无法准确知道对方是谁，也无法知道对方的位置。

(2) 共享(Sharing)

指资源共享。资源共享的含义是多方面的。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。

由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样，方便使用。

2.3 计算机网络的分类

(1) 按照网络的作用范围进行分类

• 广域网 WAN(Wide Area Network)

  通常为几十到几千公里。有时也称为远程网(long haul network)。是互联网的核心部分。

• 城域网 MAN(Metropolitan Area Network)

  作用范围一般是一个城市，作用距离约为5~50 公里。

• 局域网LAN(Local Area Network)

  局限在较小的范围(如1公里左右)。通常采用高速通信线路相连。

• 个人区域网 PAN(Personal Area Network)

  范围很小，大约在10米左右。有时也称为无线个人局域网WPAN。

若中央处理机之间的距离非常近（如仅1米的数量级甚至更小），则一般称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。

(2) 按照网络的使用者进行分类

• 公用网(public network)，按规定交纳费用的人都可以使用的网络。因此也可称为公众网

• 专用网(private network)，为特殊业务工作的需要而建造的网络。

公用网和专用网都可以提供多种服务。如传送的是计算机数据，则分别是公用计算机网络和专用计算机网络。

(3) 用来把用户接入到互联网的网络

• 接入网 AN(Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网。

• 接入网是一类比较特殊的计算机网络，用于将用户接入互联网。

• 接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分；接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器(也称为边缘路由器)之间的一种网络。

• 从覆盖的范围看，很多接入网还是属于局域网从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。

(4) 其他分类方式

• 按拓扑结构分： 总线、环形、网状、星型。

• 按技术分： 广播式网络、点到点网络。

• 按传输介质分： 有线网、无线网。

3. 互联网概述

3.1 网络的网络

(1) 计算机网络

• 计算机网络（简称网络），由若干节点(node)和连接这些节点的链路(link)组成。

• 节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

(2) 互连网

互联网(internetwork或internet)，多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。

网络的网络(network of networks)

• 网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。

• 网络：把许多计算机连接在一起。

• 互连网：把许多网络通过一些路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。

• 互连网(internet) ≠ 互联网(Internet)。

• 任意把几个计算机网络互连起来(不管采用什么协议)，并能够相互通信，这样构成的是一个互连网(internet)，而不是互联网 (Internet)。

• 互联网是目前技术最为成功、应用最为广泛的计算机网络。

• 互联网已经成为现代社会最为重要的基础设施。

• 互联网，特指Internet，它起源于美国，是由数量极大的各种计算机网络互连起来而形成的一个互连网络。它采用TCP/IP 协议作为通信规则，是一个覆盖全球、实现全球范围内连通性和资源共享的计算机网络。

3.2 互联网基础结构发展的三个阶段

(1) 第一阶段

从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。

1. 1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/P协议的计算机都能利用互连网相互通信。

2. 人们把 1983 年作为互联网的诞生时间。

3. 1990年，ARPANET 正式宣布关闭。

(2) 第二阶段

建成了三级结构的互联网。

• 它是一个三级计算机网络分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。

(3) 第三阶段

逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。

• 出现了互联网服务提供者SP(Internet Service Provider)：

  1. 提供接入到互联网的服务。

  2. 需要收取一定的费用。

• 多层次ISP 结构:

  1. 主干ISP、地区ISP和本地ISP；

  2. 覆盖面积大小和所拥有的IP地址数目的不同。

• 互联网交换点IXP(Internet Exchange Point)，允许两个网络直接相连并快速交换分组。

  1. 常采用工作在数据链路层的网络交换机。

  2. 世界上较大的 IXP 的峰值吞吐量都在 Tbit/s 量级。

• 内容提供者 (Content Provider)，在互联网上向所有用户提供视频等内容的公司。不向用户提供互联网的转接服务。

万维网 WWW (World Wide Web)：

• 由欧洲原子核研究组织 CERN 开发。

• 成为互联网指数级增长的主要驱动力。

• 2019 年 3 月底，互联网的用户数已超过了 43.8亿。

1.3.3 互联网的标准化工作

互联网的标准化工作对互联网的发展起到了非常重要的作用。

• ISOC以RFC的形式发布标准。

  • RFC：Request For Comments （请求评论）。

  • 所有的 RFC 文档都可从互联网上免费下载。

  • 任何人都可以用电子邮件随时发表对某个文档的意见或建议。

  • 并非所有的 RFC 文档都是互联网标准。只有很少部分的 RFC 文档最后才能变成互联网标准。

  • RFC 文档按发表时间的先后编上序号（即RFCxxxx，xxxx是阿拉伯数字）。

4. 互联网的组成

从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：

• 边缘部分： 由所有连接在互联网上的主机组成，由用户直接使用，用来进行通信（传送数据、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，为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）。

4.1 互联网的边缘部分

处在互联网边缘部分的就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。

• 端系统在功能上可能有很大差别：

  • 小的端系统：普通个人电脑、智能手机、网络摄像头等。

  • 大的端系统：非常昂贵的大型计算机或服务器。

• 端系统的拥有者：可以是个人、单位、或某个ISP。

计算机之间的通信实际上是指实际上是指：主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信。

端系统之间的两种通信方式：

• 客户/服务器方式（C/S方式）；

• 对等方式（P2P方式）。

(1) 客户-服务器方式（C/S 方式）

即Client / Server 方式（简称为 C/S 方式）。

• 客户/服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

• 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

• 客户程序：

  1. 被用户调用后运行，需主动向远地服务器发起通信（请求服务）。必须知道服务器程序的地址。

  2. 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

• 服务器程序：

  1. 专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个客户请求。

  2. 一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。不需要知道客户程序的地址。

  3. 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。

(2) 对等连接方式（P2P 方式）

即Peer to Peer 方式（简称为 P2P 方式）。

• 两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。

• 只要都运行了P2P软件，就可以进行平等的、对等连接通信。

对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。

4.2 互联网的核心部分

• 是互联网中最复杂的部分。

• 向网络边缘中的主机提供连通性，使任何一台主机都能够向其他主机通信。

• 在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

• 路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组。

分组转发是网络核心部分最重要的功能。

典型交换技术包括：

1. 电路交换；

2. 分组交换；

3. 报文交换。

互联网的核心部分采用分组交换技术。、

(1) 电路交换

电路交换 (circuit switching)，即每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户彼此之间可以很方便地通信。

• 交换的含义。

  转接：把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。

  从通信资源的分配角度来看，就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

• 电路交换的特点：

  1. 建立连接：建立一条专用的物理通路（占用通信资源）。

  2. 通话：主叫和被叫双方互相通电话（一直占用通信资源）。

  3. 释放连接：释放刚才使用的专用的物理通路（归还通信资源）。

• 通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

缺陷：计算机数据具有突发性，这导致在传送数据时，通信线路的利用率很低，真正用来传送数据的时间往往不到 10%，甚至不到 1%，已被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的。

(2) 分组交换

• 采用存储转发技术。

  1. 在发送端，先把较长的报文划分成更小的等长数据段。

  2. 分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。

  3. 数据段前面添加首部就构成了分组 (packet)。

  4. 分组交换以“分组”作为数据传输单元。

     • 互联网采用分组交换技术。分组是在互联网中传送的数据单元。

     • 发送端依次把各分组发送到接收端。

  1. 接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文。

• 分组在互联网中的转发。

  1. 根据首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息进行转发。

  2. 每一个分组在互联网中独立选择传输路径。

  3. 位于网络核心部分的路由器负责转发分组，即进行分组交换。

  4. 路由器要创建和动态维护转发表。

  1. 核心部分的路由器把网络互连起来。

  2. 核心部分中的网络可用一条链路表示。

  每个分组独立选择传输路径。

• 分组交换的优点。

  优点	所采用的手段
  高效	在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
  灵活	为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。
  迅速	以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组。
  可靠	保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。

• 分组交换的缺陷：

  1. 排队延迟：分组在各路由器存储转发时需要排队。

  2. 不保证带宽：动态分配。

  3. 增加开销：各分组必须携带控制信息；路由器要暂存分组，维护转发表等。

(3) 报文交换

• 在 20 世纪 40 年代，电报通信就采用了基于存储转发原理的报文交换 (message switching)。

• 但报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在报文交换已经很少有人使用了。

(4) 三种交换方式的比较

• 若要连续传送大量的数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。

• 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。

• 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

5. 计算机网络的性能

5.1 速率

速率指数据的传送速率，也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。

• 单位：bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。

• 速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。

千 = K = 210 = 1024，兆 = M = 220 = 1024 K，吉 = G = 230 = 1024 M

1 字节 (Byte) = 8 比特 (bit）

5.2 带宽

(1) 频域

• 某个信号具有的频带宽度。

• 单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

• 某信道允许通过的信号频带范围称为该信道的带宽（或通频带）。

(2) 时域

• 网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。

• 单位就是数据率的单位 bit/s。

两者本质相同。一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。

5.3 吞吐量

• 单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。

• 受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

  • 额定速率是绝对上限值。

  • 可能会远小于额定速率，甚至下降到零。

• 有时可用每秒传送的字节数或帧数来表示。

5.4 时延

时延指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。有时也称为延迟或迟延。

组成：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延。

(1) 发送时延

数据进入信道所需要的时间。

发送时延也称为传输时延，指主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

计算公式：发送时延 = 数据帧长度(bit) / 发送速率(bit/s)

(2) 传播时延

数据在信道上”行走“的时间。

传播时延指电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

计算公式：传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道上的传播速率(m/s)

电磁波传播速率：

• 自由空间的传播速率是光速 = 3.0 ⅹ 105 km/s

• 在铜线电缆中的传播速率约 = 2.3 ⅹ 105 km/s

• 在光纤中的传播速率约 = 2.0 ⅹ 105 km/s

发送时延与传播时延有本质上的不同。

• 发送时延发生在机器内部的发送器中，与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。

• 传播时延则发生在机器外部的传输信道媒体上，而与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。

(3) 处理时延

• 主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。

(4) 排队时延

• 分组在路由器输入输出队列中排队等待处理和转发所经历的时延。

• 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。当网络的通信量很大时会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延为无穷大。

(5) 总时延

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

• 一般说来，小时延的网络要优于大时延的网络。

• 在某些情况下，一个低速率、小时延的网络很可能要优于一个高速率但大时延的网络。

必须指出，在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析。

(6) 各种时延的产生地方

• 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率，而不是比特在链路上的传播速率。

• 提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。

不能笼统地认为：“数据的发送速率越高，其传送的总时延就越小”。

5.5 时延带宽积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

• 管道中的比特数表示从发送端发出但尚未到达接收端的比特数。

• 只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到了充分利用。

计算公式：时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

5.6 往返时间

往返时间RTT(Round-Trip Time)表示从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。

往返时间RTT = 结点A到B的传播时延tP + 结点B处理和排队时延tPQB + 结点B发送时延tTB + 结点B到A的传播时延tP = 2 × 传播时延 tP + 结点B处理和排队时延tPQB + 结点B发送时延tTB

在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。

当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长，此时，RTT 是很重要的一个性能指标。

5.7 利用率

(1) 信道利用率

• 某信道有百分之几的时间是被利用的（即有数据通过）。

• 完全空闲的信道的利用率是零。

(2) 网络利用率

• 全网络的信道利用率的加权平均值。

• 时延与网络利用率的关系：

  根据排队论，当某信道的利用率增大时，时延会迅速增加。

  关系式：D = D0 / (1 - U)

  D0：网络空闲时的时延。

  D：网络在当前的时延。

  U：网络当前的利用率，数值在0到1之间。

  • 当信道的利用率增大时，该信道引起的时延迅速增加。

1.5.8 计算机网络的非性能特征

• 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。

6. 计算机网络体系结构

6.1 计算机网络体系结构的形成

(1) 计算机之间通信需要解决的问题

1. 必须有一条传送数据的通路。

2. 发起方必须激活通路。

3. 要告诉网络如何识别接收方。

4. 发起方要清楚对方是否已开机，且与网络连接正常。

5. 发起方要清楚对方是否准备好接收和存储文件。

6. 若文件格式不兼容，要完成格式的转换。

7. 要处理各种差错和意外事故，保证收到正确的文件。

(2) 各类体系结构的提出

最初的 ARPANET 设计时提出了分层的设计方法。

• 分层：将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。

• 1974 年，IBM 按照分层的方法制定并提出了系统网络体系结构 SNA (System Network Architecture) 。

此后，其他一些公司也相继推出了具有不同名称的体系结构。

但由于网络体系结构的不同，不同公司的设备很难互相连通。

开放系统互连参考模型 OSI/RM

• ISO (国际标准化组织) 提出的 OSI/RM (Open Systems Interconnection Reference Model) 是使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架。

• OSI/RM 是个抽象的概念。

• 1983年，形成了著名的 ISO 7498 国际标准，即七层协议的体系结构。

OSI 试图达到一种理想境界：全球计算机网络都遵循这个统一标准，因而全球的计算机将能够很方便地进行互连和交换数据。

OSI模型失败的因素：

1. 基于TCP/IP的互联网已抢先在全球相当大的范围成功地运行了。

2. OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；

3. OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；

4. OSI 标准的制定周期太长，使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；

5. OSI 的层次划分也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。

6.2 协议与划分层次

网络协议 (network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。

(1) 协议组成要素

• 语法：数据与控制信息的结构或格式 。

• 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

• 同步：事件实现顺序的详细说明。

网络协议是计算机网络的不可缺少的组成部分。

(2) 层次划分的过程

1. 将文件传送模块作为最高的一层；

2. 再设计一个通信服务模块层；

3. 再设计一个网络接入模块层。

网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作，并向上层提供接入和通信服务。

(3) 分层的优点与缺点

优点：

• 各层之间是独立的。

• 灵活性好。

• 结构上可分割开。

• 易于实现和维护。

• 能促进标准化工作。

缺点：

• 有些功能会重复出现，因而产生了额外开销。

每一层的功能应非常明确。

层数太少，就会使每一层的协议太复杂。

层数太多，又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。

(4) 各层完成的主要功能

• 差错控制：使相应层次对等方的通信更加可靠。

• 流量控制：发送端的发送速率必须使接收端来得及接收，不要太快。

• 分段和重装：发送端将要发送的数据块划分为更小的单位，在接收端将其还原。

• 复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用。

• 连接建立和释放：交换数据前先建立一条逻辑连接，数据传送结束后释放连接。

网络的体系结构 (Network Architecture) 是计算机网络的各层及其协议的集合，就是这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义（不涉及实现）。

实现 (implementation) 是遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或软件完成这些功能的问题。

6.3 五层协议的体系结构

(1) 应用层

• 任务：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。

• 协议：定义的是应用进程间通信和交互的规则。

• 在应用层交互的数据单元称为报文(message)。

• 例如：DNS，HTTP，SMTP

(2) 运输层

也称为传输层。

• 任务：负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。

• 具有复用和分用的功能。

• 主要使用两种协议：

  传输控制协议 TCP；

  1. TCP (Transmission Control Protocol)。

  2. 提供面向连接的、可靠的数据传输服务。

  3. 数据传输的单位是报文段 (segment)。

  用户数据报协议 UDP 。

  1. UDP (User Datagram Protocol)：

  1. 提供无连接的尽最大努力 (best-effort) 的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）。

  1. 数据传输的单位是用户数据报。

(3) 网络层

• 为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

• 两个具体任务：

  1. 路由选择：通过一定的算法，在互联网中的每一个路由器上，生成一个用来转发分组的转发表。

  1. 转发：每一个路由器在接收到一个分组时，要依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器。

• 互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议 IP (Internet Protocol) 和许多种路由选择协议，因此互联网的网络层也叫做网际层或 IP 层。

• IP 协议分组也叫做 IP 数据报，或简称为数据报。

(4) 数据链路层

常简称为链路层。

• 任务：实现两个相邻节点之间的可靠通信。

• 在两个相邻节点间的链路上传送帧（frame）。

• 如发现有差错，就简单地丢弃出错帧。

• 如果需要改正出现的差错，就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层协议复杂。

(5) 物理层

• 任务：实现比特（0 或 1）的传输。

• 确定连接电缆的插头应当有多少根引脚，以及各引脚应如何连接。

注意：传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内，而是在物理层协议的下面。

(6) 数据在各层之间的传递过程

假定主机1的应用进程AP1向主机2的应用进程AP2传送数据。

1）主机1的应用进程AP1向网络发送数据的过程：

1. AP1先将其数据交给本主机的第5层(应用层)。第5层加上必要的控制信息H5就变成了下一层的数据单元。

2. 第4层(运输层)收到这个数据单元后，加上本层的控制信息H4，再交给第3层(网络层)，成为第3层的数据单元。

3. 依此类推。

4. 到了第2层(数据链路层)后，控制信息被分成两部分，分别加到本层数据单元的首部(H2)和尾部(T2)。

5. 第1层(物理层)由于是比特流的传送，所以不再加上控制信息。

请注意，传送比特流时应从首部开始传送。

2）数据在网络中的传输过程：

1. 当这一串的比特流离开主机1经网络的物理传输媒体传送到路由器时，就从路由器的第1层依次上升到第3层。

2. 每一层都根据控制信息进行必要的操作，然后将控制信息剥去，将该层剩下的数据单元上交给更高的一层。

3. 当分组上升到了第3层网络层时，就根据首部中的目的地址査找路出器中的转发表，找出转发分组的接口。

4. 然后往下传送到第2层，加上新的首部和尾部后，再到最下面的第1层。

5. 然后在物理传输媒体上把每一个比特发送出去。

3）主机2的应用进程AP2接收网络发送数据的过程：

1. 当这一串的比特流离开路由器到达目的站主机2时，就从主机2的第1层按照上面讲过的方式，依次上升到第5层。

2. 最后，把应用进程AP1发送的数据交给目的站的应用进程AP2。

• OSI 参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元 PDU (Protocol Data Unit)。

• 任何两个同样的层次把 PDU （即数据单元加上控制信息）通过水平虚线直接传递给对方。这就是所谓的“对等层”之间的通信。

• 各层协议实际上就是在各个对等层之间传递数据时的各项规定。

6.4 实体、协议、服务和服务访问点

实体 (entity) ：表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

• 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。

• 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。

(1) 协议和服务

• 协议：

  1. 保证了能够向上一层提供服务；

  2. 对上面的服务用户是透明的；

  3. 方向是水平的。

• 服务：

  1. 上层使用服务原语获得下层所提供的服务；

  2. 上面的服务用户只能看见服务，无法看见下面的协议；

  3. 方向是垂直的。

(2) 服务访问点SAP

在同一系统中相邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，通常称为服务访问点SAP(Service Access Point)。

• SAP是一个抽象的概念，它实际上就是一个逻辑接口。

• OSI把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU (Service Data Unit)。

SDU可以与PDU不一样。

例如：可以是多个SDU合成为一个PDU，也可以是一个SDU划分为几个PDU。

6.5 TCP/IP的体系结构

• 路由器在转发分组时最高只用到网际层，没有使用运输层和应用层。

• 现在互联网使用的 TCP/IP 体系结构已经发生了演变，即某些应用程序可以直接使用IP层，或甚至直接使用最下面的网络接口层。

• 沙漏计时器形状的TCP/IP协议族。设计理念为网络核心部分越简单越好。

• 互联网中客户-服务器工作方式。

• 同时运行多个服务器进程同时为多个客户进程提供服务。

7. 补充

• 计算机网络可以向用户提供哪些服务?

  计算机网络可以向用户提供多种服务，这些服务涵盖了信息交流、资源共享、远程操作、娱乐应用等多个方面。以下是对这些服务的详细介绍：

  一、信息交流服务:

  • 电子邮件（E-mail）：用户可以通过电子邮件发送和接收信息，实现个人和企业间的信息交流。

  • 电子公告牌（BBS）、网络论坛：用户可以在这些平台上发布信息、讨论话题，与其他用户进行互动交流。

  • 社交网络：如微博、微信等，用户可以通过这些平台与朋友、家人和同事保持联系，分享生活点滴和工作心得。

  二、资源共享服务

  • 硬件资源共享：包括大容量磁盘、高速打印机、绘图仪等设备的共享，用户可以通过网络访问这些设备，提高设备的利用率。

  • 软件资源共享：用户可以通过网络访问和使用各种软件资源，如数据库、应用程序等，从而减少软件开发过程中的劳动和成本。

  • 数据资源共享：用户可以在网络上共享和访问各种数据文件和信息，如文档、图片、视频等，实现数据的共享和协作。

  三、远程操作服务:

  • 远程登录（Telnet）：用户可以通过远程登录的方式访问和控制远端计算机，实现远程办公、远程教育等应用。

  • 文件传输（FTP）：用户可以通过网络传输文件，实现文件共享和协作办公等功能。

  四、娱乐应用服务:

  • 多媒体应用：用户可以通过网络观看视频、听音乐、玩游戏等多媒体应用，丰富自己的娱乐生活。

  • 网络新闻：用户可以通过网络新闻获取最新的新闻资讯，及时了解国内外大事。

  五、其他服务:

  • 信息浏览：用户可以通过浏览器访问各种网站，获取所需的信息和知识。

  • 数据传输服务：计算机网络还可以提供面向连接服务与无连接服务、可靠服务与不可靠服务、有应答服务与无应答服务等多种数据传输服务。这些服务根据数据传输的特性和需求进行分类，以满足不同用户和应用场景的需求。

  综上所述，计算机网络向用户提供的服务多种多样，涵盖了信息交流、资源共享、远程操作、娱乐应用等多个方面。这些服务不仅提高了用户的工作效率和生活质量，还促进了信息的传播和知识的共享。

• 试简述分组交换的要点。

  分组交换（Packet Switching）是一种重要的数据传输技术，在现代计算机网络中得到了广泛应用，以下是分组交换的要点归纳：

  一、基本概念:

  • 分组交换也称为包交换，它将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段，在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，每个带有首部的数据段就构成了一个分组。首部指明了该分组发送的地址，当交换机收到分组之后，将根据首部中的地址信息将分组转发到目的地，这个过程就是分组交换。

  二、技术要点:

  1. 数据分割：将大块的数据分割成小的数据包或分组，这些分组可以独立地在网络中传输。

  2. 分组独立传输：每个分组都是独立地路由和传输的，可能会经过不同的路径到达目的地。

  3. 缓存与排队：在交换节点或路由器中，分组可能会在被转发之前暂存。当网络流量过大时，这些分组可能会被排队或在某些情况下被丢弃。

  4. 重组：在目标端，接收到的分组会被重新组合，还原成原始的数据形式。

  5. 可靠性与错误处理：由于每个分组都独立传输，所以丢失或损坏的分组可以被重新发送，而不需要重新发送整个数据。

  6. 动态路由：分组交换通常使用动态路由，这意味着分组的路径可以根据网络的状态动态改变，以避免网络拥塞或故障点。

  三、技术特点:

  1. 高效性：与电路交换相比，分组交换可以更有效地使用网络资源，因为多个通信会话可以共享同一网络路径。

  2. 灵活性：分组交换能够动态地调整路径，因此它能够更好地适应网络故障、拥塞或其他异常状况。

  3. 统计复用：分组交换网络采用了统计复用技术，即多个会话连接可以共享一条通信信道，这大大提高了传输效率。

  四、技术分类:

  按照分组交换所采用的传输协议，可以分为以下两种：

  1. 数据报分组交换：每个分组在传输时都是独立的，不需要提前建立连接。

  2. 虚电路分组交换：在数据传输前需要建立一条虚电路，然后沿着这条虚电路传输分组。

  五、应用场景:

  分组交换广泛应用于现代计算机网络，如互联网。它支持突发性的数据流的传送，这种业务流的持续连接时间长而业务量低。

  综上所述，分组交换是一种高效、灵活且可靠的数据传输技术，它通过将数据分割成小的分组并独立传输，实现了网络资源的有效利用和动态调整。

• 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

  电路交换、报文交换和分组交换是三种不同的数据交换方式，它们各自具有独特的主要优缺点。以下是从多个方面对这三种交换方式的比较：

  一、数据传输效率与带宽利用:

  1. 电路交换

     • 优点：

       • 数据传输可靠、迅速，数据不会丢失，且保持原来的序列。

       • 通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。

     • 缺点：

       • 电路建立和拆除所用的时间较长，对于持续时间不长的数据传输，电路空闲时的信道容量被浪费。

       • 物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，信道利用率低。

  2. 报文交换

     • 优点：

       • 不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文。

       • 线路利用率较高，因为通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路。

     • 缺点：

       • 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延，网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差。

       • 只适用于数字信号。

  3. 分组交换

     • 优点：

       • 数据只在传输时占用物理链路资源，在传输过程中其他用户可以分享空闲链路带宽，提高带宽利用率。

       • 加速了数据在网络中的传输，因为分组是逐个传输，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。

     • 缺点：

       • 尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延。

       • 每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%~10%，一定程度上降低了通信效率。

  二、差错控制与可靠性:

  1. 电路交换

     • 数据直达，通信过程中不易出现差错，可靠性高。

     • 但对于不同类型、不同规格、不同速率的终端，相互通信时差错控制较为复杂。

  2. 报文交换

     • 便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换结点还具有路径选择，可以提高传输的可靠性。

     • 但由于存在转发时延，可能增加差错控制的难度。

  3. 分组交换

     • 分组较短，出错机率减少，每次重发的数据量也大大减少，提高了可靠性。

     • 不会因为网络节点故障导致整条链路的断开，只有受影响的数据包需要重传。

  三、灵活性与适应性:

  1. 电路交换

     • 适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。

     • 但对于不同类型、不同规格、不同速率的终端，相互通信时适应性较差。

  2. 报文交换

     • 便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信。

     • 提供多目标服务，一个报文可以同时发送到多个目的地址。

  3. 分组交换

     • 灵活性好，每个数据块都添加了目的地址信息，可实现端对端的通信。

     • 适用于计算机之间的突发式的数据通信。

  四、成本与维护:

  1. 电路交换

     • 交换设备（交换机等）及控制均较简单。

     • 但需要为通信双方建立专用的物理通路，成本较高。

  2. 报文交换

     • 不需要建立专用的通信线路，成本较低。

     • 但需要较大的存储空间来缓冲收到的长报文，增加了硬件成本。

  3. 分组交换

     • 节点交换机需要具有更强的处理能力，但总体成本相对较低。

     • 由于分组短小，所需的缓冲区较小，降低了硬件成本。

  综上所述，电路交换、报文交换和分组交换在数据传输效率与带宽利用、差错控制与可靠性、灵活性与适应性以及成本与维护等方面各有优缺点。在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的数据交换方式。

• 为什么说互联网是自印刷术发明以来人类在存储和交换信息领域的最大变革?

  互联网被称为自印刷术发明以来人类在存储和交换信息领域的最大变革，这一观点主要基于以下几个方面的原因：

  一、信息存储和获取效率的提升:

  • 存储容量巨大：互联网提供了几乎无限的存储空间，使得人们可以轻松地存储大量的信息，远远超过了传统的印刷媒体所能提供的容量。无论是文字、图片、音频还是视频，互联网都能够进行高效的存储和访问。

  • 获取便捷：通过互联网，人们可以随时随地访问所需的信息，不再受时间和空间的限制。搜索引擎、社交媒体和在线图书馆等工具使得信息的获取变得更加方便快捷。

  二、信息传播的速度和范围:

  • 实时传输：互联网打破了传统印刷术在时间和空间上的限制，实现了信息的实时传输。无论是通过电子邮件、即时通讯工具还是社交媒体，人们都可以迅速地将信息传播到全球各地。

  • 全球化交流：互联网促进了信息的全球化传播，使得不同文化、不同国家的人们能够更方便地进行交流和合作。这有助于推动全球化的进程，增进各国人民之间的理解和友谊。

  三、信息的多样性和互动性:

  • 多样性：互联网上存在着各种各样的信息资源，涵盖了几乎所有领域的知识和信息。这使得人们能够接触到更多元化的观点和思想，拓宽视野。

  • 互动性：互联网提供了前所未有的互动性，使得人们可以实时地与他人进行交流和讨论。这种互动性不仅促进了信息的传播，还激发了人们的创造力和参与感。

  四、融合与连通性:

  • 网络融合：互联网融合了其他通信网络，在信息化过程中起到了核心作用。它提供了最好的连通性和信息共享能力，使得各种媒体形式的实时交互成为可能。

  • 第一次实时交互：互联网第一次提供了各种媒体形式的实时交互能力，如视频通话、在线会议等。这些功能不仅改变了人们的沟通方式，还推动了远程办公、在线教育等新兴行业的发展。

  综上所述，互联网在存储和交换信息领域所带来的变革是前所未有的。它极大地提高了信息的存储和获取效率，打破了时间和空间的限制，促进了信息的全球化和多样化，并提供了前所未有的互动性和连通性。这些变革不仅改变了人们获取和交流信息的方式，还深刻地影响了人们的生活方式和社会结构。因此，将互联网称为自印刷术发明以来人类在存储和交换信息领域的最大变革是恰如其分的。

• 互联网基础结构的发展大致分为哪几个阶段?请指出这几个阶段最主要的特点。

  互联网基础结构的发展大致可以分为以下三个阶段，每个阶段都有其独特的特点：

  第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程:

  • 主要特点：

    • 最初，ARPANET只是一个单个的分组交换网，所有要连接在ARPANET上的主机都直接与就近的结点交换机相连。

    • 随着技术的发展，人们认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信需求，于是开始研究多种网络互连的技术。

    • 1983年，TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议，使得所有使用TCP/IP协议的计算机都能利用互联网相互通信，这标志着互联网的诞生。

  第二阶段：建成三级结构的互联网:

  • 主要特点：

    • 从1985年起，美国国家科学基金会（NSF）围绕六个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网（NSFNET）。

    • NSFNET是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网），这种三级结构覆盖了全美国主要的大学和研究所，并成为互联网中的主要组成部分。

    • 随着互联网的发展，许多公司开始接入互联网，导致网络上的通信量急剧增大，互联网的容量已满足不了需要。因此，美国政府决定将互联网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入互联网的单位收费。

  第三阶段：逐渐形成了多层次ISP结构的互联网:

  • 主要特点：

    • 随着互联网的普及和商业化进程的加速，逐渐形成了多层次ISP（互联网服务提供者）结构的互联网。

    • ISP是一个进行商业活动的公司，它拥有从互联网管理机构申请到的多个IP地址，以及通信线路和连网设备等资源。

    • 任何机构和个人只要向ISP交纳规定的费用，就可从ISP得到所需的IP地址，并通过该ISP接入到互联网。我们通常所说的“上网”就是指“（通过某个ISP）接入到互联网”。

    • 现在的互联网已不是某个单个组织所拥有，而是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的。

  综上所述，互联网基础结构的发展经历了从单个网络向互联网发展、建成三级结构的互联网以及形成多层次ISP结构的互联网这三个阶段。每个阶段都有其独特的技术特点和发展背景，共同推动了互联网的快速发展和普及。

• 简述互联网标准制定的几个阶段。

  互联网标准的制定是一个严谨且系统的过程，通常要经过以下几个阶段：

  一、互联网草案（Internet Draft）:

  • 阶段特点：在此阶段，相关的技术文档或标准草案会被发布出来，供业界和公众进行广泛的讨论和评估。这些草案通常还未经过正式的审查和批准，因此它们的有效期一般只有六个月。

  • 文档形式：此阶段的文档还不是RFC（Request for Comments，征求意见稿）文档。

  二、建议标准（Proposed Standard）:

  • 阶段特点：经过初步的讨论和评估后，草案会进入建议标准阶段。在这个阶段，文档会经过更为严格的审查和修订，以确保其技术可行性和实用性。

  • 文档形式：从建议标准阶段开始，相关的文档就会以RFC文档的形式进行发布和更新。RFC文档是互联网标准制定过程中的重要文件，它们包含了各种网络协议、标准、算法等的技术细节和说明。

  三、草案标准（Draft Standard，某些情况下可能不出现）:

  • 阶段特点：在建议标准之后，有时会有一个草案标准阶段。这个阶段是进一步验证和完善建议标准的过程，以确保其在实际应用中的稳定性和可靠性。

  • 注意事项：并非所有的互联网标准制定过程都会包含这个阶段，它可能因具体情况而异。

  四、互联网标准（Internet Standard）:

  • 阶段特点：经过上述阶段的审查和修订后，如果文档被认为已经满足了互联网标准的要求，那么它就会被正式批准为互联网标准。在这个阶段，每个标准都会被分配一个编号STD xx，以表示其正式的地位和版本。

  • 影响力：一旦成为互联网标准，这些文档就会对全球范围内的互联网建设和应用产生深远的影响。它们为网络协议、数据传输、设备互联等方面提供了统一的技术规范和指导。

  综上所述，互联网标准的制定是一个复杂而严谨的过程，它需要经过多个阶段的审查和修订，以确保其技术可行性和实用性。这些标准的制定和实施对于推动互联网的发展和普及具有重要的意义。

• 小写和大写开头的英文名字internet和Internet在意思上有何重要区别?

  小写和大写开头的英文名字“internet”和“Internet”在意思上确实存在重要区别。

  一、小写“internet”（互连网）:

  • 定义：小写字母开头的“internet”是一个通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络。这些网络之间的通信协议可以是任意的，没有特定的限制。

  • 范围：它可以用来描述任何规模的网络互联，包括局域网（LAN）、广域网（WAN）以及全球性的计算机网络。在这个意义上，“internet”是一个更广泛、更通用的概念。

  二、大写“Internet”（互联网）:

  • 定义：大写字母开头的“Internet”则是一个专用名词，特指采用TCP/IP协议的互联网络。它通常指的是全球范围内使用TCP/IP协议进行通信的计算机网络系统。

  • 特点：

    • 全球性：它连接了成千上万的私人、公共、学术、商业和政府网络，形成了一个庞大的网络体系。

    • 标准化：它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，这使得不同网络之间的数据传输和交换变得可能。

    • 开放性：它是一个开放的网络系统，任何人都可以通过互联网进行信息的发布、获取和交流。

  三、重要区别:

  • 协议差异：小写“internet”没有特定的通信协议限制，而大写“Internet”特指采用TCP/IP协议的互联网络。

  • 范围差异：小写“internet”可以描述任何规模的网络互联，而大写“Internet”则通常指全球性的、使用TCP/IP协议的网络系统。

  四、实际应用中的注意事项:

  • 在日常交流中，人们通常使用“互联网”来指代全球性的计算机网络系统，即大写“Internet”。

  • 如果某个单位或组织构建了不与全球互联网连接的内部网络，那么最好称之为“互连网”（internet），以避免与世界范围的“互联网”（Internet）混淆。

  综上所述，小写和大写开头的英文名字“internet”和“Internet”在意思上存在重要区别，主要体现在协议、范围和实际应用等方面。

• 计算机网络都有哪些类别?各种类别的网络都有哪些特点?

  计算机网络是指将多台计算机通过通信设备和通信线路连接起来，使它们能够相互通信、共享资源和信息的系统。计算机网络可以根据不同的分类标准划分为多种类型，以下是根据覆盖范围和运营方式等分类标准对计算机网络进行的分类及其特点：

  一、按照覆盖范围分类:

  1. 局域网（LAN，Local Area Network）

     • 覆盖范围：局域网通常局限于一个较小的地理范围内，如一个办公室、一座大楼或一个校园等。其覆盖范围通常不超过10千米。

     • 特点：

       • 高速传输：局域网内部的数据传输速度通常非常快，因为通信距离短且设备相对集中。

       • 低延迟：由于传输距离短，局域网内的数据通信延迟非常低。

       • 高可靠性：局域网通常采用冗余和备份机制来提高数据传输的可靠性。

       • 易于管理：局域网规模较小，因此管理和维护相对简单。

  2. 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）

     • 覆盖范围：城域网的作用范围在广域网与局域网之间，其覆盖范围可以延伸到整个城市或更大区域。

     • 特点：

       • 高速连接：城域网通常采用高速通信线路（如光纤）来连接各个局域网或节点。

       • 资源共享：城域网内的多个局域网可以共享资源和信息，提高资源利用率。

       • 较高可靠性：通过合理的网络设计和冗余配置，城域网可以提供较高的数据传输可靠性。

  3. 广域网（WAN，Wide Area Network）

     • 覆盖范围：广域网涉及长距离的通信，其覆盖范围可以是一个国家、多个国家甚至全球范围。

     • 特点：

       • 长距离通信：广域网需要解决长距离通信中的信号衰减和干扰问题。

       • 复杂拓扑结构：广域网通常采用复杂的拓扑结构（如网状结构）来确保数据传输的可靠性和效率。

       • 较高成本：由于需要租用专线、配置高性能设备等，广域网的建设和维护成本通常较高。

  二、按照运营方式分类:

  1. 公用网（Public Network）

     • 定义：公用网是指由电信运营商或政府机构等提供的、面向公众开放的网络服务。

     • 特点：

       • 开放性：公用网对所有用户开放，用户只需支付相应的费用即可接入网络。

       • 标准化：公用网通常采用标准化的通信协议和技术标准，以确保不同设备和网络之间的兼容性。

       • 广泛覆盖：公用网通常覆盖较大的地理范围，为用户提供便捷的网络接入服务。

  2. 专用网（Private Network）

     • 定义：专用网是指由某个组织或机构内部使用的、不对外开放的网络。

     • 特点：

       • 封闭性：专用网通常具有封闭性，只有内部用户才能访问网络资源和信息。

       • 安全性：专用网通过采用各种安全措施（如加密、认证等）来保护网络资源和信息的安全。

       • 高效性：由于网络资源和信息只在内部共享，专用网通常具有较高的数据传输效率和资源利用率。

  三、其他分类方式及特点:

  1. 按照网络拓扑结构分类

     • 星型网：以一台中心设备为核心，其他设备都连接到这台中心设备上。优点是结构简单、易于管理；缺点是中心设备一旦出现故障，整个网络将陷入瘫痪。

     • 树型网：是星型网的扩展形式，具有层次结构。优点是易于扩展和管理；缺点是根节点或分支节点出现故障时，会影响其子节点的通信。

     • 分布式网：没有明确的中心设备，每个节点都可以与其他节点直接通信。优点是网络具有较高的可靠性和容错性；缺点是网络结构复杂，管理难度较大。

     • 环型网：所有节点都连接成一个闭环。优点是数据传输路径确定、易于管理；缺点是某个节点出现故障时，会影响整个网络的通信。

     • 总线型网：所有节点都连接到一条公共的总线上。优点是结构简单、成本低廉；缺点是总线出现故障时，会影响整个网络的通信。

     • 复合型网：结合以上多种拓扑结构的优点，形成更为复杂的网络结构。优点是具有较高的灵活性和可靠性；缺点是设计和管理难度较大。

  2. 按照传输技术分类

     • 广播网：采用广播方式传输数据，即所有节点都接收并处理发送方发送的数据包。优点是数据传输效率高；缺点是容易产生数据冲突和干扰。

     • 点一点网：采用点对点方式传输数据，即数据包直接从一个节点传输到另一个节点。优点是数据传输安全可靠；缺点是传输路径较长时，延迟较大。

  综上所述，计算机网络可以根据不同的分类标准划分为多种类型，每种类型的网络都有其独特的特点和应用场景。在实际应用中，需要根据具体需求和场景选择合适的网络类型和配置方案。

• 计算机网络中的主干网和本地接入网的主要区别是什么?

  计算机网络中的主干网和本地接入网在多个方面存在显著的区别。以下是对这两者的主要区别的详细阐述：

  一、功能与定位:

  1. 主干网：

     • 功能：作为计算机网络的核心部分，主干网负责提供远程覆盖、高速传输以及路由器最优化通信。

     • 定位：它是连接不同区域、不同网络的关键通道，承担着大数据量、长距离的数据传输任务。

  2. 本地接入网：

     • 功能：主要支持用户的本地访问需求，如访问本地服务器、下载文件、上传数据等。

     • 定位：它是用户接入互联网的最后一级网络，为用户提供本地化的网络服务。

  二、网络拓扑结构:

  1. 主干网：

     • 结构：通常采用分布式网络拓扑结构，其中任何一个节点都至少与其他两个节点直接相连。

     • 特点：这种结构有助于增强网络的可靠性和容错性，即使部分节点或链路出现故障，整个网络仍然能够保持连通性。

  2. 本地接入网：

     • 结构：更倾向于采用集中式网络拓扑结构，所有的信息流都必须经过中央处理设备（如交换机或路由器）。

     • 特点：这种结构使得网络管理相对集中和简便，但同时也存在一定的单点故障风险。

  三、传输介质与设备:

  1. 主干网：

     • 传输介质：由于需要承担高速、大容量的数据传输任务，因此其传输介质通常选用光纤等高性能材料。

     • 网络设备：会部署高端路由器、ATM交换机等高性能网络设备，以确保数据的高效传输和路由。

  2. 本地接入网：

     • 传输介质：更多地采用双绞线（如5类或6类线）等较为经济的传输介质。

     • 网络设备：主要使用三层交换机等中低端网络设备，以满足用户的本地访问需求。

  四、性能与成本:

  1. 主干网：

     • 性能：追求极致的高速和可靠性，以确保数据的快速、准确传输。

     • 成本：建设和运营成本相对较高，因为需要采用高性能的传输介质和设备。

  2. 本地接入网：

     • 性能：更注重满足用户的本地访问需求，传输速率相对较低。

     • 成本：建设和运营成本相对较低，因为主要使用较为经济的传输介质和设备。

  综上所述，计算机网络中的主干网和本地接入网在功能与定位、网络拓扑结构、传输介质与设备以及性能与成本等方面都存在显著的差异。这些差异使得主干网和本地接入网在计算机网络中各自扮演着不同的角色，共同支撑着整个网络的正常运行。

• 互联网的两大组成部分(边缘部分与核心部分)的特点是什么?它们的工作方式各有什么特点?

  互联网的两大组成部分是边缘部分与核心部分，它们各自具有独特的特点和工作方式。

  一、边缘部分的特点

  边缘部分由所有连接在互联网上的主机（也称为端系统）组成，这部分是用户直接使用的。其主要特点包括：

  • 用户直接使用：边缘部分是用户进行网络通信和资源共享的直接界面。

  • 通信与资源共享：边缘部分的主机之间可以进行数据、音频、视频等信息的传送，以及资源共享。

  二、边缘部分的工作方式

  边缘部分的工作方式主要分为两种：

  1. 客户/服务器方式（C/S方式）：

     • 在这种方式中，通信涉及两个应用进程，即客户和服务器。

     • 客户进程发出服务请求，服务器进程提供服务。这种关系在通信过程中是明确的。

  2. 对等连接方式（P2P方式）：

     • 在对等连接中，两个主机在通信时并不区分服务请求方或服务提供方。

     • 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。

  三、核心部分的特点

  核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的。其主要特点包括：

  • 复杂性：网络核心部分是互联网中最复杂的部分，因为它需要向网络边缘的大量主机提供连通性。

  • 连通性与交换：核心部分的主要任务是确保边缘部分中的任何一个主机都能够与其他主机通信，即传送或接收各种形式的数据。

  四、核心部分的工作方式

  核心部分的工作方式主要包括三种交换方式：电路交换、报文交换和分组交换。然而，在现代互联网中，分组交换是最常用的方式。分组交换的特点包括：

  • 存储转发技术：路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组。在转发过程中，路由器会先将收到的分组放入缓存（暂时存储），然后查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发，最后把分组送到适当的端口转发出去。

  • 高效性：分组交换限制了每个分组的最大长度，从而提高了网络传输的效率，缓解了网络堵塞。

  综上所述，互联网的边缘部分和核心部分在特点和工作方式上有着显著的区别。边缘部分直接面向用户，提供通信和资源共享服务；而核心部分则负责为边缘部分提供连通性和交换服务，确保数据的顺畅传输。

• 客户-服务器方式与P2P对等通信方式的主要区别是什么?有没有相同的地方?

  客户-服务器方式与P2P对等通信方式是两种不同的网络通信模式，它们之间存在显著的区别，同时也有一些相同点。

  一、主要区别

  1. 控制权与角色定位：

     • 客户-服务器方式：在此方式中，服务器拥有控制权。客户端向服务器发送请求，服务器接收请求并返回响应。服务器是网络的中心节点，客户端只能通过服务器来进行通信。服务器负责提供资源和服务，而客户端则负责发起请求和接收服务。

     • P2P对等通信方式：在P2P模式中，没有中心化的服务器。每个节点都可以同时充当客户端和服务器的角色，节点之间可以直接通信和共享资源。这种方式下，控制权是分散的，每个节点都有能力提供服务并接收来自其他节点的服务。

  2. 中心化与分布式：

     • 客户-服务器方式：此方式采用中心化的结构，所有客户端都必须连接到服务器才能访问资源和服务。服务器是中心化的枢纽，负责管理和协调客户端之间的通信。

     • P2P对等通信方式：P2P模式采用分布式结构，没有中心化的服务器。每个节点都可以直接连接到其他节点，实现点对点的通信和资源共享。这种方式下，网络更加去中心化，节点的加入和离开更加灵活。

  3. 稳定性与可靠性：

     • 客户-服务器方式：由于服务器是中心化的枢纽，如果服务器出现故障或遭受攻击，所有客户端都将无法访问服务。因此，这种方式在稳定性方面存在一定的风险。

     • P2P对等通信方式：由于P2P网络采用分布式结构，没有中心化的服务器，因此系统更加稳定。即使某些节点出现故障或遭受攻击，其他节点仍然可以继续工作，提供服务。这种方式在可靠性方面表现出更强的优势。

  二、相同点

  1. 网络通信方式：无论是客户-服务器方式还是P2P对等通信方式，它们都是通过网络进行数据传输的。两种方式都利用网络技术实现节点之间的通信和数据共享。

  2. 数据共享与服务：两种方式都可以实现数据共享和服务。在客户-服务器方式中，服务器提供资源和服务给客户端；在P2P对等通信方式中，节点之间直接共享资源和提供服务。

  3. 网络协议：两种方式都需要使用网络协议来实现通信。网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。无论是客户-服务器方式还是P2P对等通信方式，都需要遵循相应的网络协议来确保通信的顺利进行。

  综上所述，客户-服务器方式与P2P对等通信方式在控制权、中心化与分布式、稳定性与可靠性等方面存在显著的区别。然而，在网络通信方式、数据共享与服务以及网络协议等方面，它们也有一些相同点。这些相同点和不同点使得两种方式在不同的应用场景中具有各自的优势和适用性。

• 计算机网络有哪些常用的性能指标?

  计算机网络的性能指标是用来衡量网络运行效率和质量的重要参数。以下是一些常用的计算机网络性能指标：

  1. 速率：

     • 定义：指数据的传送速率，也称为数据率或比特率，即每秒传送多少个比特。

     • 单位：比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）。常用的速率单位还有千比特/秒（kb/s或kbps）、兆比特/秒（Mb/s或Mbps）、吉比特/秒（Gb/s或Gbps）以及太比特/秒（Tb/s或Tbps）。

  2. 带宽：

     • 定义：指网络通信线路所能传送数据的最大容量，也表示单位时间内从网络某点到另一点所能通过的“最高数据量”。

     • 单位：与速率相同，也是比特/秒（bit/s）。

     • 注意：带宽还可以指信号具有的频带宽度，即信号所包含的频率范围。

  3. 吞吐量：

     • 定义：指单位时间内实际通过网络的数据量。

     • 单位：与速率和带宽相同，也是比特/秒（bit/s）。

     • 注意：吞吐量受到网络带宽和额定速率的限制。

  4. 时延：

     • 定义：指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。

     • 单位：毫秒（ms）。

     • 分类：时延包括发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。

  5. 时延带宽积：

     • 定义：是传播时延和带宽的乘积，也称为以比特为单位的链路长度。

     • 单位：比特。

     • 应用：表示网络在单位时间内所能传输的数据量，可以看作是一个链路中可以容纳的比特数。

  6. 往返时间（RTT）：

     • 定义：指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。

     • 单位：毫秒（ms）。

     • 应用：在网络通信中，RTT是一个重要的性能指标，它影响着网络的响应时间和吞吐量。

  7. 利用率：

     • 定义：表示网络中通信线路被利用的程度。

     • 分类：包括信道利用率和网络利用率。信道利用率是指某个信道被利用的百分比，网络利用率是所有信道利用率的加权平均值。

     • 注意：当某链路的利用率增大时，该链路引起的时延就会迅速增加。因此，网络利用率并不是越大越好，应该控制在一个合理的范围。

  8. 丢包率：

     • 定义：指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。

     • 应用：丢包率是衡量网络传输质量的重要指标之一。当网络拥塞或出现故障时，丢包率会增加。

  这些性能指标共同构成了计算机网络性能评估的完整体系，有助于全面了解和优化网络性能。

• 计算机通信网有哪些非性能特征?非性能特征与性能指标有什么区别?

  计算机通信网的非性能特征主要包括以下几个方面：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。这些非性能特征与性能指标在多个方面存在区别。

  一、非性能特征

  1. 费用：这是建设、运行和维护计算机通信网所需的总成本，包括硬件、软件、网络设施、人员培训等各方面的费用。费用是衡量网络经济性的重要指标。

  2. 质量：质量涉及网络的可用性、稳定性和安全性等方面。一个高质量的网络应该能够提供稳定、可靠、安全的通信服务。

  3. 标准化：标准化是确保不同网络设备之间能够相互通信和兼容的重要基础。通过标准化，可以降低网络建设和运维的复杂性，提高网络的互操作性和可扩展性。

  4. 可靠性：可靠性是指网络在面临各种故障和异常情况时，能够保持正常运行和提供服务的能力。一个可靠的网络应该能够及时发现和修复故障，确保通信的连续性和稳定性。

  5. 可扩展性和可升级性：可扩展性是指网络在需要时能够增加新的节点或设备，以支持更多的用户和应用。可升级性则是指网络能够方便地更新硬件和软件，以适应不断变化的通信需求和技术发展。

  6. 易于管理和维护：一个易于管理和维护的网络应该能够提供简便的管理工具和方法，帮助网络管理员高效地监控、配置和优化网络性能。

  二、非性能特征与性能指标的区别

  1. 关注点不同：性能指标主要关注网络的运行效率和质量，如速率、带宽、吞吐量等；而非性能特征则更侧重于网络的建设、运维和管理方面，如费用、质量、标准化等。

  2. 度量方式不同：性能指标通常可以通过具体的数值来量化，如速率单位为比特/秒，带宽单位为兆比特/秒等；而非性能特征则往往难以用具体的数值来度量，更多地依赖于定性的评估和描述。

  3. 优化目标不同：性能指标的优化目标通常是提高网络的运行效率和质量，以满足用户不断增长的通信需求；而非性能特征的优化目标则是降低网络建设和运维的成本，提高网络的可靠性和可扩展性，以及简化网络的管理和维护。

  综上所述，计算机通信网的非性能特征和性能指标共同构成了网络性能评估的完整体系。在实际应用中，需要根据具体的应用场景和需求来选择合适的指标进行评估和优化。

• 网络体系结构为什么要采用分层次的结构?试举出一些与分层体系结构的思想相似的日常生活的例子。

  网络体系结构采用分层次的结构，主要是出于以下几个方面的考虑：

  1. 简化复杂问题：分层次结构可以将复杂的网络通信问题分解为多个较小的、更容易管理的部分。每一层都关注特定的功能，如物理传输、数据格式、错误检测和纠正等，这使得网络的设计和实现更加模块化和清晰。

  2. 模块化设计：分层允许网络设计者创建模块化的协议，每个层次可以独立发展和更新，而不影响其他层次。这种模块化有助于快速创新和灵活适应新技术的出现。

  3. 易于实现和维护：分层结构简化了网络的设计、实现和测试过程。当网络出现问题时，可以更容易地识别和隔离故障层，从而快速定位和解决问题。

  4. 标准化促进互操作性：通过定义每一层的标准和协议，不同厂商的设备和软件可以在同一网络上无缝工作，促进了全球互联网的互联互通。

  5. 可扩展性和兼容性：分层结构允许在现有层次之上添加新层次，以支持新功能或技术，同时保持与旧系统的兼容性。

  6. 抽象和封装：每一层只处理与它直接相关的信息，不必关心其他层的内部工作。这种抽象和封装减少了各层之间的依赖性，提高了系统的稳定性和可靠性。

  与分层体系结构的思想相似的日常生活的例子有很多，以下是一些常见的例子：

  1. 厨房烹饪：厨房中的烹饪工具和材料分为不同的层次，每个层次都有特定的功能。例如，切菜板、刀具属于食材处理的层次，炉灶、烤箱则属于烹饪的层次。这种分层使得烹饪过程更加有序和高效。

  2. 汽车结构：汽车的结构也采用了分层次的设计。例如，发动机负责提供动力，传动系统负责传递动力，底盘则负责支撑和稳定汽车。这种分层使得汽车的设计、制造和维护更加便捷。

  3. 建筑建设：一座大厦的建设往往会分为设计、结构、电气、管道等不同的层面。每个层面对应不同的功能和要求，通过分层可以实现不同层面设计、施工和管理的分离，从而降低整个系统的风险和成本。

  4. 交通系统：交通系统也采用分层次结构。例如，地铁系统的地下隧道层、车站层、轨道层等，每个层次承担不同的任务，保证了地铁的高效和安全。

  5. 电子设备：在电子设备中，高层次与低层次之间也存在分层次结构。例如，操作系统、软件和硬件等，每个层次都有其独立的功能和任务，从而实现了不同设备之间的兼容和通信。

  这些例子都展示了分层体系结构在日常生活中的应用和优势。通过分层，可以将复杂的系统分解为多个较小的、更容易管理的部分，从而提高系统的可靠性、可维护性和可扩展性。

• 协议与服务有何区别?有何关系?

  协议与服务在计算机网络领域中具有明确的区别和紧密的关系。

  一、区别

  1. 定义与性质：

     • 协议：协议是一组规则或标准，用于指导和规范两个或多个实体之间的交互行为。在计算机网络中，协议特指用于数据交换的标准和规则，例如TCP/IP协议。协议是“水平的”，即它控制对等实体（如两个网络节点）之间的通信。

     • 服务：服务是一种由下层实体通过层间接口向上层实体提供的功能。在计算机网络中，服务是垂直的，意味着服务是由网络协议的较低层次向较高层次提供的。服务通常与特定的网络功能相关联，如数据传输、错误检测等。

  2. 存在形式：

     • 协议通常以文本形式存在，详细描述了实体之间如何交互、交换哪些信息以及如何处理这些信息。

     • 服务则更多地体现在网络系统的实际运行中，是下层实体对上层实体的一种支持或功能提供。

  3. 关注点：

     • 协议主要关注通信的规则和流程，确保数据能够在不同的实体之间正确、高效地传输。

     • 服务则更关注上层实体对下层实体所提供功能的利用和满足上层实体的需求。

  二、关系

  1. 相互依赖：协议的实现保证了能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需使用下层提供的服务。这种相互依赖的关系使得网络协议和服务形成了一个有机的整体。

  2. 信息交换：在协议的控制下，上层实体对下层实体进行调用，下层实体对上层实体进行服务。上下层实体之间通过交换原语（一种用于描述协议操作的特定信息）来交换信息，从而实现数据的传输和处理。

  3. 层次结构：计算机网络通常被划分为多个层次，每个层次都有自己的协议和服务。这些层次之间通过层间接口进行交互，形成了一个清晰的层次结构。这种层次结构有助于简化网络的设计、实现和维护。

  综上所述，协议与服务在计算机网络领域中具有明确的区别和紧密的关系。它们共同构成了计算机网络的基础框架，确保了数据能够在不同的实体之间正确、高效地传输和处理。

• 网络协议的三个要素是什么?各有什么含义?

  网络协议的三个要素是语法、语义和时序（同步），它们在网络通信中各自扮演着重要的角色。

  1. 语法：

     • 含义：语法确定了通信双方“如何讲”，即定义了数据格式、编码和信号电平等。它规定了数据的结构、排列顺序以及传输时的控制信息格式。

     • 作用：语法使得双方能够按照相同的规则解析和处理传输的数据，确保数据的正确性和一致性。

  2. 语义：

     • 含义：语义确定了通信双方“讲什么”，即定义了用于协调同步和差错处理等控制信息。它解释了数据中的每一部分所代表的含义，以及如何进行相应的控制操作。

     • 作用：语义使得双方能够正确理解传输的数据内容，并根据数据的含义执行相应的操作或响应。

  3. 时序（同步）：

     • 含义：时序（也称为同步）确定了通信双方“讲话的次序”，即定义了速度匹配和排序等。它规定了数据传输的顺序、速率以及不同数据之间的时间关系。

     • 作用：时序确保双方能够按照预定的顺序和速率进行数据传输，避免数据丢失、重复或乱序等问题。

  这三个要素共同构成了网络协议的基础，使得不同设备、系统和应用程序之间能够进行准确、可靠的通信。在网络通信过程中，协议通过这三个要素来确保数据的正确传输、解析和处理，从而实现信息的交流和共享。

• 为什么一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到?

  一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到，主要基于以下几个重要原因：

  1. 确保通信的可靠性：

     • 网络通信过程中可能会遇到各种不可预见的问题，如数据包丢失、数据损坏、网络延迟等。协议需要设计相应的机制来处理这些情况，以确保数据能够完整、准确地从发送方传输到接收方。

  2. 提高网络的健壮性：

     • 网络环境复杂多变，可能包括不同种类的设备、操作系统、网络拓扑等。协议需要能够适应这些差异，并在不同情况下都能正常工作。通过考虑各种不利情况，协议可以增强其健壮性，减少因网络变化而导致的通信故障。

  3. 优化网络性能：

     • 在面对网络拥塞、带宽限制等不利条件时，协议需要能够采取合适的策略来优化数据传输。例如，通过流量控制、拥塞避免等机制来确保网络的高效运行。

  4. 增强安全性：

     • 网络通信过程中可能会遇到安全威胁，如数据泄露、网络攻击等。协议需要设计相应的安全机制，如加密、认证等，来保护数据的机密性、完整性和可用性。考虑各种不利情况有助于协议在面临安全挑战时保持稳健。

  5. 提供互操作性：

     • 不同的设备、系统和应用程序可能需要通过网络进行通信。协议需要确保这些实体之间能够相互理解和协作，即使它们来自不同的制造商或遵循不同的标准。通过考虑各种不利情况，协议可以增强其互操作性，使得不同实体之间能够无缝地进行通信。

  6. 满足用户需求：

     • 用户期望网络通信能够稳定、快速且可靠。协议需要考虑到用户的需求和期望，并设计相应的机制来满足这些需求。通过考虑各种不利情况，协议可以提供更好的用户体验和服务质量。

  综上所述，一个网络协议必须把各种不利的情况都考虑到，以确保通信的可靠性、提高网络的健壮性、优化网络性能、增强安全性、提供互操作性以及满足用户需求。这有助于构建一个稳定、高效且安全的网络环境。

• 试述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。

  具有五层协议的网络体系结构综合了OSI七层模型和TCP/IP四层模型的优点，其要点及各层的主要功能如下：

  一、五层协议的网络体系结构要点

  五层协议的网络体系结构包括：应用层、传输层（也称作运输层）、网络层、数据链路层以及物理层。每一层都承担着特定的功能和职责，共同确保网络通信的顺畅进行。

  二、各层的主要功能

  1. 应用层

     • 是体系结构中的最高层，直接为用户的应用进程提供服务。

     • 确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。这里的进程就是指正在运行的程序。

     • 应用层协议包括文件传输协议FTP、电子邮件协议SMTP、超文本传送协议HTTP等。

  2. 传输层

     • 向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。

     • 主要使用两种协议：传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。TCP提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输单位是报文段；UDP提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务，数据传输单位是用户数据报。

     • 传输层负责主机中两个进程之间的通信。

  3. 网络层

     • 负责为分组交换网上的不同主机提供通信。

     • 传输层产生的报文段或用户数据报在网络层被封装成分组（IP数据报）或包进行传送。

     • 选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。最重要的协议是网际协议IP。

     • 负责创建逻辑链路，以及实现数据包的分片和重组，实现拥塞控制、网络互连等功能。

  4. 数据链路层

     • 将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。

     • 主要负责在通信的实体间建立数据链路连接。

  5. 物理层

     • 主要负责在物理线路上传输原始的二进制数据。

     • 透明地传输比特流，确定与传输媒体的接口有关的一些特性。“透明地传送比特流”指实际电路传送后比特流没有发生变化。

     • 物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”，以及当发送端发出比特“1”时，接收端如何识别出这是“1”而不是“0”。

     • 物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根脚以及各个脚如何连接。

  总的来说，五层协议的网络体系结构通过各层的分工和协作，共同实现了网络通信的功能和目标。

• 试解释以下名词:协议栈、实体、对等层、协议数据单元、服务访问点、客户、服务器、客户-服务器方式。

  1. 协议栈

     • 定义：协议栈是指网络中各层协议的总和，它形象地反映了一个网络中文件传输的过程：由上层协议到底层协议，再由底层协议到上层协议。

     • 功能：协议栈确保了网络通信的顺畅进行，每一层都承担着特定的功能和职责，共同协作以实现数据的传输和处理。

     • 示例：使用最广泛的是因特网协议栈，由上到下的协议分别是应用层（如HTTP、FTP等）、传输层（如TCP、UDP）、网络层（如IP）、链路层（如WI-FI、以太网等）和物理层。

  2. 实体

     • 定义：实体是客观存在并可相互区别的事物。在计算机领域中，实体通常指的是网络中的设备、节点或进程等。

     • 特点：实体具有明确的边界和属性，可以与其他实体进行交互和通信。

  3. 对等层

     • 定义：对等层（Peer Layers）是指在计算机网络协议层次中，将数据（即数据单元加上控制信息）直接（逻辑上）传递给对方的任何两个同样的层次。

     • 功能：对等层之间的通信是网络通信的基础，它们通过特定的协议和规则进行数据交换和控制信息的传递。

     • 示例：在OSI参考模型中，处于同一层次的两端就是对等层，如网络层的对等层之间通过IP协议进行通信。

  4. 协议数据单元（PDU）

     • 定义：协议数据单元是指在分层网络结构中，每一层都将建立用于传输的数据单元。

     • 功能：PDU是网络通信中的基本数据单位，它封装了上层协议的数据和控制信息，并通过下层协议进行传输。

     • 示例：在SNMP协议中，规定了5种协议数据单元PDU，用于管理进程和代理之间的交换。

  5. 服务访问点（SAP）

     • 定义：服务访问点简称SAP，是逻辑接口，是一个层次系统的上下层之间进行通信的接口。

     • 功能：SAP为上层实体提供了访问下层服务的入口点，确保了层次之间的通信和协作。

     • 示例：在连接因特网的普通微机上，数据链路层的服务访问点TYPE中的类型说明（如0800代表上层是IP），就是SAP的一个具体实例。

  6. 客户

     • 定义：客户在商业服务或产品领域中，通常指用金钱或某种有价值的物品来换取接受财产、服务、产品或某种创意的自然人或组织。

     • 角色：客户是商业活动中的重要角色，他们的需求和满意度是企业经营的关键。

     • 特点：客户的需求通常较集中，针对某一特定细分市场。

  7. 服务器

     • 定义：服务器是一种计算机硬件设备或软件，通常专门用于提供网络服务、资源共享和数据存储等功能。

     • 功能：服务器在计算机网络中充当重要角色，为客户端设备提供所需的服务和资源。

     • 类型：根据提供的服务类型不同，服务器可以分为文件服务器、Web服务器、数据库服务器、应用服务器和邮件服务器等。

  8. 客户-服务器方式

     • 定义：客户-服务器方式是一种网络计算模式，其中服务器提供服务和资源，而客户机则请求和使用这些服务和资源。

     • 工作原理：客户机向服务器发送请求，服务器接收请求后进行处理，并将处理结果返回给客户机。

     • 优点：客户-服务器方式具有可扩展性、可靠性和灵活性等优点，可以适应不同规模和复杂度的网络应用。

• 试解释 everything over IP 和IP over everything 的含义。

  一、Everything over IP

  • 定义：指的是基于互联网协议（IP）的通信范式，其中所有设备、服务和应用程序都使用IP进行通信。

  • 含义：在这个概念下，各种传统的通信协议（如电话、电视、无线电等）都被转换为基于IP的数据，并通过互联网进行传输和交换。无论是声音、视频、数据还是其他类型的信息，都被封装在IP数据包中并通过Internet进行传输。

  • 特点：

    1. 强调了IP作为通信的基本协议，使得不同类型的通信和应用都可以在一个统一的基础上运行。

    2. 实现了多种通信方式的整合和互联，提高了网络的效率和可靠性。

    3. 推动了信息技术的快速发展，使得越来越多的应用都采用了IP作为通信协议。

  二、IP over everything

  • 定义：指的是将IP协议嵌入到各种不同的物理和数据链路层协议中。

  • 含义：在这个概念下，IP协议不仅运行在以太网或Wi-Fi等网络协议之上，还被扩展到许多其他通信媒介上，例如卫星链接、蜂窝网络、无线传感器网络等。IP协议被用作一种通用的通信协议，来实现不同网络之间的互操作性和统一管理。

  • 特点：

    1. 强调了IP协议的通用性和灵活性，使得IP可以应用于不同类型的网络和通信技术。

    2. 推动了不同网络之间的互联互通，提高了网络的通信能力和灵活性。

    3. 可能需要解决不同网络之间的协议兼容性和性能适配等问题。

  三、二者区别

  • "Everything over IP"是一个广义的概念，它强调了在通信中使用IP协议来支持各种通信和应用。

  • "IP over everything"则是一个更具体的概念，它强调了将IP协议应用于不同类型的网络，以实现不同网络之间的互操作性和统一管理。

  综上所述，"Everything over IP"和"IP over everything"这两个概念共同突显了IP协议的重要性和通用性，同时也提醒我们在实现通信和互联时需要考虑协议的适配、性能和安全等方面的挑战。

• 我们在互联网上传送数据经常是从某个源点传送到某个终点，而并非传送过去又再传送回来。那么为什么往返时间RIT是个很重要的性能指标呢?

  您提到的“RIT”可能是指“RTT”（Round-Trip Time，往返时间），它是网络性能中的一个关键指标。在互联网上，虽然数据通常是从源点传送到终点，但往返时间RTT仍然是一个非常重要的性能指标，原因如下：

  1. TCP连接建立：

     • TCP（传输控制协议）是互联网中广泛使用的传输层协议。TCP连接的建立需要经历三次握手过程，这涉及到数据包的发送和接收确认，因此RTT直接影响到TCP连接的建立时间。

  2. 数据传输确认：

     • 在数据传输过程中，接收方通常需要向发送方发送确认信息，以确保数据被正确接收。RTT衡量了从发送数据到收到确认信息所需的时间，这对于评估数据传输的可靠性和效率至关重要。

  3. 网络拥塞控制：

     • RTT的变化在一定程度上反映了网络拥塞程度的变化。当网络拥塞时，RTT会增加，因为数据包在路由器中的排队和处理时间会增加。通过监测RTT，网络管理员可以及时发现并处理网络拥塞问题。

  4. 吞吐率计算：

     • 吞吐率是指单位时间内成功传输的数据量。在计算吞吐率时，RTT是一个重要的考虑因素。例如，当请求一个大型文件时，即使文件的传输速度很快，但由于RTT的存在，总的传输时间仍然会受到限制。

  5. 用户体验优化：

     • 对于网络应用而言，如网页加载、视频流媒体等，RTT直接影响到用户的体验。较短的RTT意味着更快的响应时间和更好的用户体验。

  6. 网络故障检测：

     • 通过监测RTT的变化，可以及时发现网络中的故障或异常。例如，当RTT突然增加时，可能意味着网络中存在故障或拥塞问题。

  7. 协议优化：

     • 在设计或优化网络协议时，RTT是一个重要的考虑因素。协议设计者需要确保协议在各种网络条件下都能高效地工作，包括在高RTT环境下。

  综上所述，虽然数据在互联网上通常是从源点传送到终点，但往返时间RTT仍然是一个非常重要的性能指标，因为它涉及到TCP连接的建立、数据传输确认、网络拥塞控制、吞吐率计算、用户体验优化、网络故障检测以及协议优化等多个方面。

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