计算机网络笔记整理1——概述
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参考书籍：《计算机网络》第八版 谢希仁编著
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计算机网络的定义
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。
通过以上定义可知：
1.计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，还包括智能手机
2.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
可编程的硬件表明这种硬件一定包含有CPU
计算机网络的类别
按照作用范围分类
- 广域网（WAN）：几十到几千公里
- 城域网（MAN）：5~50公里
- 局域网（LAN）：1公里左右
- 个人局域网（PAN）：10米左右
按照网络的使用者分类：
- 公用网：按规定缴纳费用的人都可以使用的网络
- 专用网：为特殊业务工作的需要而建造的网络
用来把用户接入到互联网的网络
- 接入网AN：又称为本地接入网，它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，它是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器（边缘路由器）之间的一种网络
互联网
计算机网络（简称为网络）：由若干结点和连接这些结点的链路组成
互联网（Internet）：特指Internet，起源于美国，现已发展成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络
互连网（internetwork或internet）：通过路由器把网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网。（“网络的网络”）
网络把许多计算机连接在一起
互连网把许多网络通过路由器连接在一起
与网络相连的计算机常称为主机
互联网的两个重要特点
- 连通性：使上网用户之间都可以交换信息。注意：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。
- 共享：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。
互联网的组成
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，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。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）
两种通信方式
端系统：连接在互连网上，处在互联网边缘部分的所有主机，它们都有合法的IP地址，在功能上可能有很大差别
端系统之间的通信方式可分为两类
- 客户-服务器方式（C/S）
- 对等方式（P2P）
客户-服务器方式
客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程
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，客户是服务的请求放，服务器是服务的提供方，两者都要使用网络核心部分所提供的服务
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受数据
对等连接方式
两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是提供方
只要两个主机都运行了对等连接软件，它们就可以进行平等的、对等连接通信。
三种交换方式
- 电路交换（电话）：源点直达终点
- 报文交换（电报）：整个报文传送
- 分组交换（计算机网络、互连网）：单个分组传送
分组交换技术
分组交换采用存储转发技术
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段
每一个数据段前面添加上首部构成分组
分组交换网以分组作为数据传输单元，依次把各分组发送到接收端
接收端收到分组后剥去首部还原成报文，恢复为原来的报文
分组交换的优点
- 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：以分组为传送单位，可以不先建立连接就能转发分组
- 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型
若要传送大量数据，且传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的速率较快
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
分组长度往往远小于报文长度，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
性能指标
速率、带宽、吞吐率、时延、时延带宽积、往返时间RTT、利用率
速率
速率指的是数据的传送速率，也称为数据率或比特率
速率的单位是：bit/s、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
带宽
单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”
单位是bit/s
吞吐量
单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
吞吐量经常用于对网络的测量，检验实际上到底有多少数据量能够通过网络
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率限制
时延
指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间
网络中的时延有：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延
数据传送的总时延就是上述四种时延之和
四种时延所产生的地方
发送时延
也称为传输时延
数据帧从结点进入传输媒体所需要的时间
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
发送时延=$\frac{数据帧长度（bit）}{发送速率（bit/s）}$
传播时延
电磁波在信道中需要传播一定距离而花费的时间
发送时延与传播时延有本质上的不同
信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念
传播时延=$\frac{信道长度（米）}{信号在信道上的传播速率（米/秒）}$
处理时延
主机或路由器在收到分组时，为处理分组（如：分析首部、提取数据、差错检验、查找路由）所花费的时间
排队时延
分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延
排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量
例题
解：
分组大小为1000B，其中头部大小20B,则数据部分大小为980B
文件大小为980000B，所以共有$\frac{980000}{980}=1000$个分组
每个分组的大小为1000B，故每个分组的发送时延为$\frac{10008}{10010^6}=0.08ms$
如上图传输这1000个分组一共需要1002个传输时延，时间最少应由最短路径传输，中间需要经过两个路由器转发，每经过一个时延，分组向前传送一个链路，一个分组需要传送三次才能到达，最后一个分组在经过1000个传输时延后才开始传送，此时它还需要两次传送才能到达终端主机，所以共需要1002个传输时延
总时间为1002*0.08=80.16ms
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
时延带宽积=传播时延*带宽
往返时间RTT
往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间
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
利用率
分为信道利用率和网络利用率
信道利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零
网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值
信道利用率并非越高越高。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加
时延与网络利用率的关系：D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，U是网络的利用率，数值在0到1之间，则在适当的假定条件下D=$\frac{D_0}{1-U}$
网络协议
网络协议，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
三要素
- 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，完成何种动作以及作出何种响应
- 同步：事件实现顺序的详细说明
计算机网络的体系结构
计算机网络的体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
OSI的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较为完整，但他既复杂又不实用。
TCP/IP是四层体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层，但最下面的网络接口层并没有具体内容
因此往往采取这种的办法，综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构
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