网络工程师教程第一章

### 网络工程师教程第一章内容

#### 计算机网络概述

计算机网络在信息时代扮演着至关重要的角色，不仅促进了全球范围内的通信交流，也极大地推动了社会生产力的发展[^3]。

#### 定义与分类

##### 计算机网络的定义
计算机网络是指通过物理连接或无线信道互联起来的一组独立计算设备组成的集合体。这些设备能够按照既定协议相互通信并共享资源。

##### 计算机网络的分类
依据不同的标准可以将计算机网络分为多种类型：

- **按地理覆盖范围划分**
- 局域网(LAN, Local Area Network): 覆盖较小区域（如办公室内）
- 城域网(MAN, Metropolitan Area Network): 扩展到整个城市规模
- 广域网(WAN, Wide Area Network): 连接不同地理位置之间的大型网络

- **按拓扑结构划分**
- 总线型(Bus Topology)
- 星形(Star Topology)
- 环形(Ring Topology)
- 树状(Tree Topology)

#### 互联网简介

##### 网络的网络
互联网是由多个相互连接的小型网络构成的一个庞大而复杂的整体，实现了跨地域的信息传输和服务提供。

##### 发展历程中的三个重要阶段
1. ARPANET时期——早期实验性的数据交换平台；
2. NSFNET时期——国家科学基金会资助建立的研究教育专用骨干网；
3. 商业化Internet时期——面向公众开放接入服务至今。

##### 标准化进程
为了保障互联互通性和互操作性，国际电信联盟ITU-T、电气电子工程师协会IEEE等组织制定了大量关于硬件接口规格、软件编程接口API以及高层应用层面的标准文档来指导实践工作。

#### 数据交换模式对比分析

##### 电路交换(Circuit Switching)
特点是在通话前先建立起固定的路径，在此期间独占这条线路直到结束为止；适用于语音电话业务场景下实时性强的需求场合。

##### 分组交换(Packet Switching)
采用存储转发机制拆分成若干个小包分别发送出去再由接收端重组还原成原始报文形式；更灵活高效适合现代IP通讯环境下的多媒体流媒体播放等功能需求。

#### 主要性能参数说明

对于衡量一个具体实现方案的好坏程度而言，通常关注以下几个方面指标表现情况：

- **速率**(Rate)：单位时间内传送比特数目的多少。
- **带宽**(Bandwidth)：理论上所能支持的最大吞吐能力极限值。
- **吞吐量**(Throughput)：实际测量得到的有效载荷传递效率大小。
- **时延**(Latency/Delay)：从源节点发出至目标节点收到之间经历的时间长短。
- **丢包率**(Packet Loss Rate)：因错误检测等原因未能成功抵达目的地的数据帧比例高低。
- **利用率**(Utilization)：链路上被有效利用来进行有用的工作时间占比状况如何。

#### 架构设计原则探讨

最后介绍了计算机网络体系架构的基本概念及其组成要素，包括但不限于：

- 协议栈的设计理念遵循OSI七层模型或是TCP/IP四/五层框架思路展开讨论。
- 各层次间交互关系密切关联，自底向上依次为物理层Physical Layer、数据链路层Data Link Layer、网络层Network Layer、运输层Transport Layer直至最高级别的应用层Application Layer。
- 实现过程中涉及到的具体组件对象则被称为实体Entity，它们共同协作完成特定的任务流程处理逻辑。