计算机网络：（二）计算机网络在我国发展与网络类别与性能 （附带图谱更好对比理解）

前言

• 在上一篇博客中，我们详细探讨了互联网的概述与组成，包括其核心结构和关键设备。
• 这篇博客将继续深入计算机网络的知识领域，聚焦于计算机网络在我国的发展历程、网络的分类方法以及性能评估指标。
• 这些内容不仅是计算机网络课程的基础，也是大学考试中常考的重点。

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一、计算机网络在我国的发展

计算机网络在我国的发展可分为以下几个关键阶段：

1. 起步阶段（20世纪80年代）
   • 1987年9月，中国兵器工业计算机应用研究所成功发送了中国第一封电子邮件——“Across the Great Wall we can reach every corner in the world”，标志着中国与国际计算机网络的首次连接。
   • 在此期间，国内主要依靠拨号电话线实现低速数据传输，网络覆盖范围极为有限，主要应用于科研机构和高校。
2. 基础建设阶段（20世纪90年代）
   • 1994年4月，中国正式全功能接入国际互联网（Internet），成为第77个加入互联网大家庭的国家。
   • 中国四大骨干网（中国公用计算机互联网CHINANET、中国教育和科研计算机网CERNET、中国科学技术网CSTNET、中国联通互联网UNINET）相继建成，为互联网的普及奠定了基础。
   • 1995年，邮电部开始向社会提供互联网接入服务，普通用户逐渐能够通过调制解调器（Modem）连接到互联网。
3. 快速发展阶段（21世纪初至今）
   • 随着宽带技术（如ADSL、光纤）的普及，网络速度大幅提升，从最初的56Kbps拨号上网发展到如今的千兆甚至万兆光纤接入。
   • 移动互联网蓬勃发展，3G、4G、5G技术的迭代更新，使得移动设备（如智能手机、平板电脑）成为人们接入互联网的主要方式。
   • 云计算、大数据、物联网等新兴技术的兴起，推动了网络应用的多样化和智能化，深刻改变了人们的生活和工作方式。

二、计算机网络的类别

1. 计算机网络的定义

计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。

2. 不同类别的计算机网络

计算机网络可以从多个角度进行分类，以下是几种常见的分类方式：

（1）按覆盖范围分类

• 局域网（LAN，Local Area Network）

  • 覆盖范围：通常在几公里以内，如一个办公室、学校或家庭。
  • 特点：传输速率高（10Mbps~10Gbps）、延迟低、误码率低、组网灵活、易于维护。
  • 典型应用：企业内部网络、校园网、智能家居网络。
    

• 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）

  • 覆盖范围：一般覆盖一个城市，范围在几十公里到上百公里。
  • 特点：传输速率较高、支持多种业务（数据、语音、视频）、具有较强的扩展性。
  • 典型应用：城市公共服务网络（如交通监控、智能电网）。

• 广域网（WAN，Wide Area Network）
  

  • 覆盖范围：跨越城市、国家甚至全球，范围可达数千公里。
  • 特点：传输速率相对较低（从几十Kbps到几Gbps）、延迟高、网络结构复杂、依赖电信运营商提供的通信线路。
  • 典型应用：国际互联网、跨国企业专用网络。
    

（2）按传输技术分类

• 广播式网络（Broadcast Network）
  • 特点：所有主机共享一条通信信道，任何主机发送的数据都能被其他主机接收。
  • 典型技术：以太网（Ethernet）、无线局域网（Wi-Fi）。
• 点对点网络（Point-to-Point Network）
  • 特点：数据通过单独的链路从源主机传输到目的主机，需要路由选择算法来确定传输路径。
  • 典型技术：电话交换网、广域网中的路由器互联。

（3）按拓扑结构分类

• 总线型网络：所有节点连接到一条公共总线上，结构简单，但可靠性较低（如早期的以太网）。
• 星型网络：以中央节点（如集线器、交换机）为中心，其他节点与之连接，易于维护，但中央节点故障会导致全网瘫痪。
• 环型网络：节点连接成闭合环路，数据沿环路单向传输，可靠性较高，但扩展困难（如令牌环网）。
• 树型网络：由星型网络扩展而来，呈层次化结构，适用于大型网络。
• 网状型网络：节点之间有多条路径相连，可靠性高，但结构复杂、成本高（如互联网的骨干网）。
  

（4）按用途分类

• 公用网（Public Network）：由电信运营商建设和维护，向公众提供网络接入服务（如CHINANET）。
• 专用网（Private Network）：由企业或机构自行建设，用于满足内部通信需求（如银行专网、军队专网）。

三、计算机网络的性能

1. 计算机网络的性能指标

（1）速率

• 定义：指数据的传输速率，即单位时间内传输的数据量，单位为比特每秒（bps，bit/s）。
• 常见单位：Kbps（10³ bps）、Mbps（10⁶ bps）、Gbps（10⁹ bps）、Tbps（10¹² bps）。
• 注意：实际传输速率（吞吐量）通常低于理论速率，因为受到网络拥塞、信号衰减等因素的影响。

（2）带宽

• 定义：有两种含义：
  • 在模拟通信中，指信号的频率范围（单位为Hz）。
  • 在数字通信中，指单位时间内传输的最大数据量（单位为bps），与速率类似，但更强调网络的传输能力。

（3）吞吐量

• 定义：单位时间内实际传输的数据量，单位为bps。
• 影响因素：网络带宽、网络拥塞程度、传输协议效率等。

（4）时延

• 定义：数据从源主机传输到目的主机所需的时间，单位为秒（s）。
• 组成部分：
  • 发送时延（Transmission Delay）：数据从发送方进入传输介质所需的时间，计算公式为：发送时延 = 数据长度（bit） / 传输速率（bps）。
  • 传播时延（Propagation Delay）：数据在传输介质中传播所需的时间，计算公式为：传播时延 = 传输距离（m） / 信号传播速度（m/s）。
  • 处理时延（Processing Delay）：路由器或交换机对数据进行处理（如差错检测、路由选择）所需的时间。
  • 排队时延（Queuing Delay）：数据在路由器或交换机队列中等待转发的时间。

（5）时延带宽积

• 定义：指时延与带宽的乘积，单位为比特（bit）。它表示在传输链路上可以容纳的数据量。
• 计算公式：时延带宽积 = 传播时延 × 带宽。

（6）往返时间

• 定义：从发送方发送数据开始，到接收方确认收到数据为止所需的时间，包含发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。

（7）利用率

• 定义：指网络资源（如链路、设备）被使用的程度，分为信道利用率和网络利用率。
• 计算公式：信道利用率 = 有数据传输的时间 / 总时间。
• 注意：利用率过高会导致网络拥塞，时延增加。

2. 计算机网络的非性能指标

除了上述性能指标外，还有一些非性能指标也会影响网络的使用和选择：

• 费用：包括网络建设成本、维护费用和使用费用（如带宽租用费）。
• 质量：包括网络的稳定性、可靠性和安全性。
• 标准化：是否遵循国际标准（如TCP/IP协议），以便与其他网络兼容。
• 可扩展性：网络能否方便地扩展以满足用户增长或业务需求的变化。
• 易于管理和维护：网络管理工具是否完善，故障排查是否方便。

总结（核心概念速记）：

核心概念速记
计算机网络发展脉络 = 中国特色三阶段演进 + 全球通用分类体系 + 多维性能评估

• 中国发展里程碑：
  • 1987年首封邮件 → 1994年全功能接入互联网 → 21世纪初宽带与移动互联爆发。
  • 四大骨干网（CHINANET/CERNET/CSTNET/UNINET）奠定基础，5G与新基建推动智能化升级。
• 网络分类体系：
  • 覆盖范围：LAN（百米级）→ MAN（城市级）→ WAN（全球级）。
  • 传输技术：广播式（共享信道） vs 点对点（独立链路）。
  • 拓扑结构：总线型（早期以太网）、星型（集中控制）、网状型（高可靠性）。
• 性能指标核心：
  • 速率（理论值）与吞吐量（实际值）的差异，时延四要素（发送/传播/处理/排队）。
  • 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽，反映链路数据容量。

中国网络发展对比

网络分类与性能指标关系

分类维度 → 覆盖范围 → 性能差异 → 典型应用  
   ↓          ↓           ↓            ↓  
   LAN → 短距离 → 高带宽低时延 → 企业内网  
   WAN → 长距离 → 低带宽高时延 → 跨国通信  

知识图谱

计算机网络（二） 发展、分类与性能  
├─ 中国发展历程  
│  ├─ 起步阶段（1987首封邮件）  
│  ├─ 基础建设（1994全功能接入）  
│  └─ 快速发展（5G、云计算）  
├─ 网络分类方法  
│  ├─ 覆盖范围（LAN/MAN/WAN）  
│  ├─ 传输技术（广播式/点对点）  
│  ├─ 拓扑结构（总线型/星型/网状型）  
│  └─ 用途（公用网/专用网）  
├─ 性能指标体系  
│  ├─ 速率与带宽  
│  ├─ 吞吐量  
│  ├─ 时延（四要素）  
│  └─ 利用率与往返时间  
└─ 关键术语  
   ├─ 四大骨干网、5G、物联网  
   ├─ 以太网、Wi-Fi、路由器  
   └─ 时延带宽积、排队时延、QoS  

重点提炼

1. 中国网络发展特色：

   • 1987年首封邮件与1994年全功能接入是两大里程碑。
   • 5G+新基建推动网络智能化，助力数字经济发展。

2. 网络分类核心逻辑：

   • 覆盖范围决定性能（如LAN高带宽 vs WAN高时延）。
   • 拓扑结构影响可靠性（网状型容错性 > 星型）。

3. 性能指标实践意义：

   • 时延计算（发送时延 = 数据长度/速率）用于网络规划。
   • 利用率过高导致拥塞，需动态调整流量。

4. 技术演进趋势：

   • 从有线主导到5G+卫星通信融合。
   • 从单一数据传输到云网边端协同。

性能指标对比表

网络技术演进脉络

技术演进 —— 低速拨号（56Kbps） → 宽带（ADSL） → 光纤（Gbps） → 5G（10Gbps）  
   ↓         ↓               ↓               ↓  
应用升级 —— 邮件/网页 → 视频会议 → 云存储 → 元宇宙实时交互  

以上就是这篇博客的全部内容，下一篇我们将继续探索更多精彩内容。

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