计算机网络基本要素和结构

  • 什么是计算机网络
  • 计算机网络的要素
  • 计算机网络的协议
  • 计算机网络的服务
  • 计算机网络的结构

什么是计算机网络

计算机网络就是一种通信网络

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从上图可以看出,计算机网络可以与通信网络进行类似的对应。

计算机网络的定义:互连的、 自治的计算机集合。

有两个特性:

  • 自治,就是没有主从关系,每个点都是等价的平等的
  • 互连,网络中的所有点都可一互连,可以从任意一个点到任意一个点

那么,计算机网络中主机数量极其大,而且有的主机很远,如果要每个主机互相直接连接的话,不现实。
所以
通过交换网络互连主机,不同的主机分别跟交换网络相连

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计算机网络的要素

上面从定义的来讨论什么计算机网络,下面我们从组成细节的角度讨论Internet

全球最大的互联网络:ISP(Internet Service Provider)网络互连的“网络之网络”,一个抽象的网络组成如图

image.png

我们把上图所组成的元素进行分类,可以分为几部分:

  • 计算机主机设备(终端设备)
    数以百万计,互连
  • 通信链路
    光纤, 铜缆, 无线电,卫星
  • 分组交换
    分组转发的数据包,网络中采用的数据交换方式主要是分组交换

计算机网络的服务

下面我们接着从服务角度看待计算机网络给我们提供了什么服务

  • 首先,计算机网络为我们基础的网络应用提供了基础的通信基础,如我们常用的聊天软件,网络游戏,email等
  • 为网络应用提供了编程接口(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

计算机网络的协议

网络协议
网络协议是计算机网络最重要的组成部分之一。
如果仅仅建立了网络链路,基本的设施,仅有硬件,主机,路由器等一系列设备,却没有统一的网络协议没办法传输数据的。

举个例子,假设有一个中国人,一个日本人,这两个都可以说话,就说明他们具备了信息的交换的条件,也就是类比网络中的硬件等设施,但如果这两个一个人说中文,一个说日文,而且中国人听不懂日文,日本人听不懂的中文,那么因为没有统一的协议,双方都无法理解对方的话,那么显然无法交换信息。

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。

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

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的事件所采取的“动作” (actions)

协议的三要素

  • 语法(Syntax)

数据与控制信息的结构或格式
信号电平

  • 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

  • 时序(Timing)

事件顺序
速度匹配

我们对计算机的网络的学习,其实就是在学习各种网络协议。

计算机网络的结构

网络结构又可以分为三个部分

  • 网路的边缘

主要是主机和网络应用

  • 接入网络和物理介质

有线或无线通信链路

  • 网络的核心

就是网络中那些转发设备和ISP提供商

我接下来,我们主要讨论网络核心,网络核心的功能就是完成路由和转发,那么如何从源主机将数据转发到目的主机,就要经过网络核心进行数据交换,数据不断从一个网络交换到另一个网络,直到到达目的主机。所以网络核心解决的基本问题就是数据交换。

image.png

在网络中心: 少数互连的大型网络

  • “一级” (tier-1)商业ISPs (如:网通、电信、 Sprint、 AT&T),提供国家
    或国际范围的覆盖
  • 内容提供商网络(content provider network, 如: Google):私有网络,
    连接其数据中心与Internet,通常绕过一级ISP和区域ISPs
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