【计算机网络】概述

📝本文介绍

本文为计算机网络的概述，会综合概述一下计算机网络
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文章目录

• 📕信息时代的特征
• 📘网络
• • 📖计算机网络
  • • 🔖Internet
    • 🔖类别
  • 📖性能
  • 📖体系结构
  • 📖其他一些概念

📕信息时代的特征

21世纪特征：

• 数字化
• 网络化
• 信息化

📘网络

📖计算机网络

🔖Internet

Internet又称因特网，互联网。

• 特点
  • 连通性
  • 资源共享
• 组成
  • 边缘部分
    • 用户直接使用的。这些设备都称为主机/端系统
  • 核心部分
    • 为用户提供服务
    • 方式
      • 客户-服务器方式（C/S）
        客户端进程可以主动 像服务器发起通信，所以客户端必须直到服务器的地址 。
        服务器可以同时处理 多个远地或本地客户的请求。启动后不停 地运行着.
        所谓的客户和服务器本来都指的是计算机的进程，或者说软件。
      • 对等连接方式（P2P）
        也就是，一台机器，只要运行了P2P软件，就既可以做服务器也可以做客户端。当下载时为客户端，对方请求资源时为服务器。
    • 交换方式
      • 电路交换
        电路交换会建立一条虚拟的电路（虚电路），也就是通知从发送方到接收方之间的路由器等要预留 出相应的资源来，以保证通信的连贯。当通信结束之后，通知这些核心部件，从而断开连接。所以其需要经历建立连接，通信，断开连接 3步骤。
        其交换时，比特流会通过链路直达终点。并且其传输效率往往会较低。（因为传输往往是突发的，大部分时间不用于传输）
      • 分组交换
        分组交换采用存储转发 的方式。把要发送的整个数据（报文）分割成一个个更小的数据段，并加上必要控制信息组成对的首部 ，构成一个个分组。之后把一个个分组在网络中传输，到达终点之后，再组装起来。
      • 报文交换
        由上面的分组交换，我们也可以大致猜测到。报文交换实际上就是不进行分组，直接将整个报文进行传输。使用的同样是存储转发 的技术。我们可以认为其只有一个大分组，将大分组在网络中直接地传输。

🔖类别

• 按网络作用范围
  • 广域网(WAN)也称远程网，大致距离为几十到几千公里
  • 城域网（MAN）大致距离为5-50km，覆盖范围大致为1个城市
  • 局域网（LAN）大致距离为1km以内
    • 学校或企业一般拥有许多个互连的局域网，这样的网络称为校园网或企业网。
  • 个人区域网（PAN）若是使用无线技术连接起来的网络称为无线个人区域网（WPAN）。大致范围为10m左右。
• 按网络使用者
  • 公用网
    电信公司（国有或私有）出资建立的大型网络。只要愿意按照电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。
  • 专用网
    某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的大型网络。不向本单位以外的人提供。
• 特殊的网络
  接入网，又称本地接入网或居民接入网。接入网就是本地ISP所拥有的网络。不算核心部分，也不算边缘部分。由某个端系统连接到本地ISP的第一个路由器（边缘路由器）之间的一些物理链路所组成。一般距离在几百米到几公里之间。

📖性能

速率

比特代表的是一个二进制数字，计算机信号的发送以数字形式。这里的速率指的是数据的传送速率（数据率）。使用bps或者bit/s来衡量，一般来说1bps=1bit/s，但对于baud来说就要看编码的方式来确定。当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率。

带宽

有两层含义

在通信学中，往往指某个信号具有的频带宽度。其单位为赫，千赫，兆赫等。表示某信道允许通过的信号频带范围就称为该信道的带宽 或通频带 。

在计算机网路中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。因此，网络带宽表示单位时间内某信道能够通过的**"最高数据率"**。带宽的单位就是数据率的单位bit/s

吞吐量

吞吐量表示在单位时间额你通过某个网络（或信道，接口）的实际数据量。

时延

时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（链路）的一段传送到另一端所需的时间。也称延迟或迟延。总时延由以下四个时延组成：

• 发送时延
  主机或路由器发送数据帧所需要的时间。也就是从发送第一个比特到最后一个比特所需的时间。也称传播时延。

发送时延= 数据帧长度（ b i t ） 发送速率（ b i t / s ） {数据帧长度（bit）\over 发送速率（bit/s）} 发送速率（bit/s）数据帧长度（bit）

• 传播时延

  传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。（与带宽无关）

  传播时延= 信道长度（ m ） 电磁波在信道上的传播速率（ m / s ） {信道长度（m）\over 电磁波在信道上的传播速率（m/s）} 电磁波在信道上的传播速率（m/s）信道长度（m）

• 处理时延

  主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理。如：分析分组的首部，提取数据部分，差错检验，寻找转发表等。

• 排队时延

  分组在经过路由器时，需要先在输入队列中排队等待处理。路由器确定转发接口之后，还要再输出队列中排队等待转发。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。通信量很大时，可能会队列溢出，从而丢失分组。

注意：
所谓的高速链路，指的是提高数据的发送速率，减少发送时延。

时延带宽积

时延带宽积=传播时延×带宽

可以理解为，发送的第一个比特到达终点时，有多少比特发送完毕，正在链路上移动。

往返时间RTT

计算机通常都是双向交互，很少出现单向通信的情况。所以，RTT实际上就是一次双向交互的时间。也可以称为往返时延。

有效数据率= 数据长度 发送时间 + R T T {数据长度 \over 发送时间+RTT} 发送时间+RTT数据长度

利用率

利用率有信道利用率和网络利用率两种。

• 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0。
• 网络利用率是全网络的信道的利用率的加权平均值。
  D= D 0 1 − U {D_0 \over 1-U} 1−UD0 (D:网络当前时延，D~0~:网络空闲时时延，U:现在网络利用率)

📖体系结构

分层次的体系结构（或架构）是最基本的。每一层之间的通信都有对应的协议。协议明确规定了所交换数据的格式以及有关的同步问题。网络协议由语法，语义，同步 三要素组成。

三种体系结构：

OSI七层体系结构	TCP/IP体系结构	五层体系结构
应用层	应用层	应用层
表示层	应用层	应用层
会话层	应用层	应用层
运输层	运输层	运输层
网络层	网际层IP	网络层
数据链路层	链路层（网际接口层）	数据链路层
物理层	链路层（网际接口层）	物理层

• 应用层
  • 任务：通过应用层进程间的交互来完成特定网络应用。
  • 定义的是应用进程间通信和交互的规则
  • 数据单元：报文
• 运输层
  • 任务：两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
  • 协议：
    • 传输控制协议TCP（Transmission Control Protocol） 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。
    • 用户数据报协议UDP（User Datagram Protocol）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
• 网络层
  • 任务：为分组交换网上的不同主机提供通信服务。会将上层报文进行分组/包。
  • 数据单元：IP数据报/数据报
• 数据链路层
  • 任务：为链路两个相邻节点提供通信服务。
  • 数据单元：帧
• 物理层
  • 考虑电压，如何识别发送方的比特信息，确定连接电缆的插头，引脚及其他物理信息。
  • 数据单元：比特

📖其他一些概念

• 协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据单位
• 实体：任何可以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（或多个）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层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
• 层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU