文章目录
- 一、网络、互联网、因特网
- 二、电路交换、分组交换和报文交换
- 三、计算机网络的定义和分类
- 四、计算机网络的性能指标
- 五、常见的三种计算机网络体系结构
- 六、计算机网络体系结构分层的必要性
- 七、计算机网络体系结构中的专用术语
- 八、结语
一、网络、互联网、因特网
1.1 网络、互联网和因特网的概念
网络：多台计算机设备，通过通信设备和线路连接起来，组成的整体就是一个网络。
互联网：若干个网络通过路由器相互连接形成互联网（互连网）。
因特网：因特网是世界上最大的互联网。
注意：
- 有时候我们并没有严格区分互联网和因特网的概念，许多人口中的互联网实际上是因特网。
- internet（小写）：通用名词，指互联网。
- Internet（大写）：专用名词，指因特网。
1.2 因特网简介
ISP （Internet Service Provider）,即互联网服务提供商：就是给我们提供上网服务的公司/运行商。中国的三大ISP：中国电信、中国联通和中国移动。
因特网已发展成为基于ISP的多层次结构的互联网络：
因特网的组成：
二、电路交换、分组交换和报文交换
2.1 概念
电路交换：建立连接，然后独占一条物理通路，最后通话结束释放。典型代表是传统固定电话。
分组交换：将数据拆分成一个个小分组（包），每个包独立寻址、路由，走不同的路径都可以，到达目的地后再重新组装。典型代表是互联网、手机5G、以太网。
分组交换的优点：
- 没有建立连接和释放连接的过程。
- 分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率。
- 交换节点可以为每一个分组独立选择转发路由，使得网络有很好的生存性。
缺点：
- 分组首部带来了额外的传输开销。
- 交换节点存储转发分组会造成一定的时延。
- 无法确保通信时端到端通信资源全部可用，在通信量较大时可鞥造成网络拥塞。
- 分组可能会出现失序和丢失等问题。
报文交换：把整个报文一次性发给交换机，交换机先存储再转发到下一站。典型代表是早期电报、电子邮件。
2.2 对比
三、计算机网络的定义和分类
3.1 定义
计算机网络的早期定义：
计算机网络是互联的、自治的计算机集合。计算机集合指多台独立的计算机，自治指每台计算机自主运行，有自己的操作系统，不依赖其他计算机就能独立工作，互联指计算机之间通过通信链路和交换设备相互连接，实现数据交换和资源共享。
计算机网络的现代定义：
计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互联而成的，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。
3.2 分类
3.2.1 按交换方式
第二章以讲解过，这里不再赘述。
3.2.2 按使用者
分为公用网和专用网。
公用网就是互联网，而专用网就是给军队、铁路、电力和银行等专用机构使用的。
3.2.3 按传输介质
按照数据传输有无物理介质分为有线网络和无线网络。
3.2.4 按覆盖范围
按覆盖范围分为广域网（LAN）、城域网 （MAN）、局域网（LAN）和个域网（PAN）。
常见覆盖范围：
LAN：几十到几千千米
MAN：五到五十千米
LAN：一千米左右
PAN：十米
3.2.5 按拓扑结构
按拓扑结构分为星型拓扑、总线型拓扑、环形拓扑、树形拓扑和网状拓扑。
四、计算机网络的性能指标
计算机网络的性能指标被用来从不同方面度量计算机网络的性能。常见的八个计算机网络性能指标：
速率 带宽 吞吐量 时延
时延带宽积 往返时间 利用率 丢包率
4.1 速率
比特（bit，记为小写b）时计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0.
数据量的常用单位有字节（byte，记为大写B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）和太字节（TB）。
换算关系：
1TB=1K*GB=1K*1K*MB=1K*1K*1KKB
1KB = 1024B
1B = 8bit
速率指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率或比特率。
速率的基本单位是比特/秒（bit/s,简记b/s, 或 bps, bit per second）。常用单位为：千比特/秒（kb/s或kbps）、兆比特/秒（Mb/s或Mbps）、吉比特/秒（Gb/s或Gbps）、太比特/秒（Tb/s或Tbps）.
4.2 带宽
- 带宽在模拟信号系统中的意义：某个信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。单位有Hz，kHz，MHz，GHz。
- 带宽在计算机网络中的意义：用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，即在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。单位有b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s.
- 数据传送速率 = min[ 主机接口速率， 线路带宽， 交换机或路由器的接口速率]
4.3 吞吐量
4.4 时延
4.5 时延带宽积
时延带宽积=时延 * 带宽。也被称为以比特为单位的链路长度。
4.6 往返时间
往返时间（Round-Trip Time, RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。
4.7 利用率
- 链路利用率：指某条链路有百分之几的时间是被利用的。
- 网络利用率：指网络中所有链路的链路利用率的加权平均值。
- 当某链路的利用率增大时，该链路引起的时延就会迅速增加
令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在理想的假定条件下，可用下式子来表示D、D0和网络利用率U之间的关系。
D = D0/(1-U)
由函数式可知，当U超过0.5时，D会急剧增大，因此一般网络利用率会控制在0.5以下。
4.8 丢包率
丢包率指在一定时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。
五、常见的三种计算机网络体系结构
后面基本上都以原理参考模型讲解。
六、计算机网络体系结构分层的必要性
6.1 物理层主要考虑的问题
- 采用什么传输媒体（介质）（本质上不属于物理层）
- 采用什么物理接口
- 采用什么信号表示比特1和0
6.2 数据链路层主要考虑的问题
- 标识网络中各主机（主机编址，例如MAC地址）
- 从比特流中区分出地址和数据（数据封装格式）
- 协调各主机争用总线（媒体接入控制）
- 以太网交换机的实现（自学习和转发帧）
- 检测数据是否误码（差错检测）
- 出现传输差错如何处理（可靠传输和不可靠传输）
- 接收方控制发送方注入网络的数据量（流量控制）
6.3 网络层主要考虑的问题
- 标识网络和网络中的各主机（网络和主机共同编址，例如IP地址）
- 路由器转发分组（路由选择协议、路由表和转发表）
6.4 运输层主要考虑的问题
- 进程之间基于网络的通信（进程的标识，例如端口号）
- 出现传输差错如何处理（可靠传输和不可靠传输）
6.5 应用层主要考虑的问题
- 通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用
- 进程会话管理和数据表示
这么多的问题，如果将他们放在同一层，解决某一个问题就会复杂很多，因此要将计算机网络分成五个层次，如果出现一个问题，就去对应的层次解决，这就是"高内聚低耦合"的原则。
七、计算机网络体系结构中的专用术语
主要有三个：实体、协议和服务。
八、结语
本篇文章主要讲解了计算机网络的概念，通过本篇文章，你应该对计算机网络有了大致了解，后序会依次讲解物理层、链路层、网络层、传输层和应用层。如果你喜欢本系列文章，请留下一个免费的👍，你的支持就是我最大的动力。