计算机网络第一章笔记

目录

一、计算机网络基本概念

二、三种交换技术核心对比

三、计算机网络性能指标

四、计算机网络体系结构

五、专业术语与服务


一、计算机网络基本概念

  1. 定义 :通过通信链路和网络设备互联不同地理位置的独立计算机系统,遵循统一通信协议,实现数据交换、资源共享、协同工作

  2. 组成 :分为硬件 (主机、网络设备、链路)、协议 (如TCP/IP协议族)、软件 (网络操作系统、应用软件);因特网结构又分边缘部分 (用户设备,提供应用)和核心部分(路由器+异构网络,提供连通性)。

  3. 功能:核心为数据传输、资源共享、分布式处理;拓展功能含可靠性保障、安全防护、负载均衡等。

  4. 分类:按覆盖范围(WAN/MAN/LAN/PAN)、使用者(公用网/专用网)、交换方式(电路/分组/报文交换)等划分。

二、三种交换技术核心对比

|------|----------------|------------------|----------------------|
| 交换技术 | 核心特征 | 优点 | 缺点 |
| 电路交换 | 建立专用物理通路,全程独占 | 时延小、实时性强、带宽独占 | 连接耗时久、资源利用率低、灵活性差 |
| 分组交换 | 存储转发,拆分报文为分组传输 | 无需建连、资源利用率高、容错性好 | 有首部开销、分组失序/丢失、存储转发时延 |
| 报文交换 | 存储转发,整体传输完整报文 | 无需建连、利用链路资源 | 时延极长、缓存需求大、出错重传成本高 |

三、计算机网络性能指标

  1. 速率:数据传输速率,单位bit/s。

  2. 带宽 :信道传输数据的能力,实际传输遵循木桶效应(取主机接口、信道、网络设备接口速率的最小值)。

  3. 吞吐量 :单位时间内通过网络的实际数据量,受服务器限速、链路带宽等影响。

  4. 时延

    1. 组成:发送时延()+ 传播时延()+ 排队时延 + 处理时延(后两者考研常忽略)。

    2. 连续发m个分组、经n个路由器(n+1段链路)的总时延:总时延=1个分组的发送时延×(m+n)+1段链路的传播时延×(n+1)。

  5. 时延带宽积 :时延带宽积=传播时延×带宽,物理意义是链路中可容纳的比特数

  6. 往返时间(RTT):从发送数据到收到确认的总耗时,是TCP协议超时重传的关键依据。

  7. 利用率:含信道利用率(某信道有数据通过的时间占比)和网络利用率(所有信道利用率的加权平均);网络利用率过高会导致时延急剧增大(利用率50%时时延翻倍,接近100%时时延趋于无穷)。

四、计算机网络体系结构

  1. 三种核心模型

    |----------|----|-------------------------------|---------------|
    | 模型 | 层数 | 层级划分(自下而上) | 特点 |
    | OSI参考模型 | 7层 | 物理层→数据链路层→网络层→传输层→会话层→表示层→应用层 | 法律上的国际标准,理论性强 |
    | TCP/IP模型 | 4层 | 网络接口层→网络层→传输层→应用层 | 事实标准,适配因特网 |
    | 原理参考模型 | 5层 | 物理层→数据链路层→网络层→传输层→应用层 | 考研核心复习模型 |

  2. 数据包封装与解封

    1. IP数据报:不考虑NAT时,源/目的IP地址全程不变;路由器会重置TTL、首部检验和等字段。

    2. 以太网帧:源/目的MAC地址逐跳改变(每经过一个路由器更新一次)。

    3. 物理层:仅传输比特流,不参与数据包封装。

五、专业术语与服务

  1. 实体与对等实体 :实体是收发信息的硬件/软件进程;对等实体是通信双方同一层次的实体。

  2. 协议 :控制对等实体"水平逻辑通信"的规则集合,三要素为语法 (信息格式)、语义 (操作内容)、同步 (时序关系)。

  3. 协议数据单元(PDU):各层对等实体交互的数据包(应用层=报文、传输层=TCP段/UDP报、网络层=IP数据报、数据链路层=帧、物理层=比特流)。

  4. 服务

    1. 特性:协议是"水平的",服务是"垂直的";下层协议对上层实体透明(仅可见服务,不可见实现细节)。

    2. 服务访问点(SAP):相邻两层交换信息的逻辑接口(如传输层SAP为端口号、网络层SAP为IP数据报的"协议"字段)。

    3. 服务原语:上层调用下层服务的命令,分请求、指示、响应、证实四类。

    4. 服务数据单元(SDU):同一系统内层间交换的数据;SDU与PDU可相互拆分/合并(如大IP数据报因MTU限制拆分为多个小SDU,再封装为多个帧)。

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