408计算机网络 —— 计算机网络体系结构（一）计算机网络概述

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目前参考资料：27王道书籍课件课程等 未来参考资料顺序：零壹、竟成、最后会回归谢希仁老师的《计算机网络》做最后梳理！！

ps：可以点开我的主页看我以前作品，就能相信博主的实力和决心了！！诸君 加油！！！(需要课件和有改进意见的可以私聊我)

文章目录

• [1. 计算机网络概念](#1. 计算机网络概念)
• [2 计算机网络、互连网、互联网的区别](#2 计算机网络、互连网、互联网的区别)
• • [2.1 一个简单的计算机网络](#2.1 一个简单的计算机网络)
  • [2.2 互连网](#2.2 互连网)
  • [2.3 互联网](#2.3 互联网)
  • [2.4 如何理解TCP/IP协议](#2.4 如何理解TCP/IP协议)
• 知识点回顾(1、2)
• [3. 计算机网络的组成、功能](#3. 计算机网络的组成、功能)
• • [3.1 计算机网络的组成](#3.1 计算机网络的组成)
  • • [3.1.1 从组成部分看](#3.1.1 从组成部分看)
    • [3.1.2 从工作方式看](#3.1.2 从工作方式看)
    • [3.1.3 从逻辑功能看](#3.1.3 从逻辑功能看)
  • [3.2 计算机网络的功能](#3.2 计算机网络的功能)
• [4. 电路交换、报文交换、分组交换](#4. 电路交换、报文交换、分组交换)
• • [4.1 计算机网络发展初期面临的问题](#4.1 计算机网络发展初期面临的问题)
  • [4.2 电话网络](#4.2 电话网络)
  • • [4.2.1 电路交换](#4.2.1 电路交换)
    • [4.2.2 电路交换的过程与优缺点](#4.2.2 电路交换的过程与优缺点)
    • [4.2.3 电路交换更适⽤场景](#4.2.3 电路交换更适⽤场景)
  • [4.3 电报网络（采用报文交换技术）](#4.3 电报网络（采用报文交换技术）)
  • • [4.3.1 报文交换技术](#4.3.1 报文交换技术)
    • [4.3.2 报文交换技术对计算机网络的适配性](#4.3.2 报文交换技术对计算机网络的适配性)
  • [4.4 分组交换技术](#4.4 分组交换技术)
  • • [4.4.1 分组交换技术示例](#4.4.1 分组交换技术示例)
    • [4.4.2 分组交换优缺点](#4.4.2 分组交换优缺点)
  • [4.5 虚电路交换技术（基于分组交换）](#4.5 虚电路交换技术（基于分组交换）)
• [5. 三种交换技术的性能分析](#5. 三种交换技术的性能分析)
• • [5.1 电路交换性能分析](#5.1 电路交换性能分析)
  • [5.2 报文交换性能分析](#5.2 报文交换性能分析)
  • [5.3 分组交换性能分析](#5.3 分组交换性能分析)
  • [5.4 三种交换方式的性能对比](#5.4 三种交换方式的性能对比)
• [6. 计算机网络的分类](#6. 计算机网络的分类)
• • [6.1 按分布范围分类](#6.1 按分布范围分类)
  • [6.2 范围分类的示例](#6.2 范围分类的示例)
  • • [6.2.1 路由器接⼝](#6.2.1 路由器接⼝)
    • [6.2.2 个域网](#6.2.2 个域网)
  • [6.3 按传输技术分类](#6.3 按传输技术分类)
  • [6.3 按拓扑结构分类](#6.3 按拓扑结构分类)
  • • [6.4.1 广播式](#6.4.1 广播式)
    • [6.4.2 点对点](#6.4.2 点对点)
  • [6.4 按使用者分类](#6.4 按使用者分类)
  • [6.5 按传输介质](#6.5 按传输介质)
  • [6.6 知识回顾与要点总结](#6.6 知识回顾与要点总结)
• [7. 计算机网络的性能指标](#7. 计算机网络的性能指标)
• • [7.1 指标1:速率](#7.1 指标1:速率)
  • [7.2 指标2:带宽](#7.2 指标2:带宽)
  • [7.3 速率、带宽例题](#7.3 速率、带宽例题)
  • [7.4 带宽（另一种含义）](#7.4 带宽（另一种含义）)
  • [7.5 指标3:吞吐量](#7.5 指标3:吞吐量)
  • [7.6 速率、带宽、吞吐量知识回顾和考点总结](#7.6 速率、带宽、吞吐量知识回顾和考点总结)
  • [7.7 指标4:时延](#7.7 指标4:时延)
  • • [7.7.1 时延本质与产生原因 + 计算方式](#7.7.1 时延本质与产生原因 + 计算方式)
    • [7.7.2 例题](#7.7.2 例题)
  • [7.8 指标5:时延带宽积](#7.8 指标5:时延带宽积)
  • • [7.8.1 时延带宽积有关真题](#7.8.1 时延带宽积有关真题)
  • [7.9 指标6:往返时延](#7.9 指标6:往返时延)
  • [7.10 指标7:信道利用率](#7.10 指标7:信道利用率)
  • • 例题
  • [7.11 指标4、5、6、7知识点回顾](#7.11 指标4、5、6、7知识点回顾)

1. 计算机网络概念

王道书的定义：

● 设备示例：

○ 连接设备：手机、笔记本电脑、台式机、智能手表、智能电视等

○ 通信设备：家用路由器、5G基站等

● 连接方式：

○ 有线连接：通过网线连接路由器

○ 无线连接：通过WiFi或5G技术连接

● 关键特征：

○ 分散性：计算机系统在地理上是分散的

○ 自治性：各设备独立运行，一台设备故障不影响其他设备

○ 资源共享：如通过百度网盘共享文件

○ 信息传递：如通过微信进行聊天和文件传输

2 计算机网络、互连网、互联网的区别

2.1 一个简单的计算机网络

○ 实例说明：

■ 两台电脑通过一根网线直接连接

■ 局域网联机游戏（如红警、帝国时代、极品飞车）就是基于这种简单网络

该网络包含四个节点，分别是四台电脑和一个集线器，通过四条有线链路用网线连接。使用集线器可以实现四台电脑的联机功能。然而在实际使用中发现，用集线器组建的网络在联机游戏时经常出现卡顿现象，其根本原因是集线器无法避免数据冲突。当两台电脑同时向集线器发送数据时，就会发生数据冲突，导致双方的数据都无法正常传输。因此集线器这种网络设备在实际应用中存在明显缺陷，目前市场上已经很难购买到集线器。

■ 集线器(Hub)：

● 功能：将多个节点连接起来组成网络

● 缺点：容易发生数据冲突，效率低下

● 现状：民用领域已很少使用

现在如果要搭建一个计算机网络的话，通常不用集线器，而是会采用交换机这种网络设备，交换机的长相和集线器很像，它的背面也有几个网口，于是几台电脑。都可以通过网线接入这个交换机。和集线器类似，交换机这种设备也可以把多个节点连接起来，组成一个计算机网络。并且 交换机这种呃设备并不会发生数据冲突，也就是说两台电脑同时发送数据。

■ 交换机(Switch)：

● 功能：同样用于连接多个节点组成网络

● 优点：避免数据冲突，效率更高

● 应用：家庭、公司、学校组建内部网络的常用设备

2.2 互连网

定义： 通过路由器将多个计算机网络互相连接形成的更大规模网络

家庭内部⽹络 ：

路由器（router）

• 可以把两个或多个计算机网络互相连接起来 ，形成规模更大的计算机网络，也可称为"互连网"

交换机（Switch）

• 可以把多个结点连接起来，组成一个计算机网络
• 家庭、公司、学校通常用交换机组建内部网络

2.3 互联网

那为什么不能把全世界的计算机网络用路由器全部连接起来？？

做这种事情的叫：

互联网必须使用TCP/IP协议通信，互连网可使用任意协议通信

⚠️：注：你家的路由器通常不会直连运营商路由器，中间会经过更复杂的链路连接。下图是为了简化理解

2.4 如何理解TCP/IP协议

历史类比：

• 秦始皇统一六国后实行"书同文"
• 各国原有不同文字（不同通信协议）
• 统一后使用大秦文字（统一通信协议）

互联网通信：

• 类似统一文字，全球互联网需要统一通信协议
• TCP/IP协议相当于互联网的"通用语言"

互连网灵活性：

• 内部网络（如银行）可自定义通信协议
• 不需要与外部网络互通

知识点回顾(1、2)

3. 计算机网络的组成、功能

3.1 计算机网络的组成

3.1.1 从组成部分看

硬件：

• 主机/端系统：包括电脑、手机、物联网设备等，英文称为end system，表示连接在网络末端的设备。
• 通信设备：路由器、交换机、集线器等，用于数据转发
• 通信链路：网线、光纤、同轴电缆等物理传输介质
• 特性：所有看得见摸得着的物理设备都属于硬件范畴

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软件

• 终端软件：安装在电脑/手机上的应用软件（如聊天软件、网盘软件）
• 网络设备软件：路由器等设备中实现网络通信的专用软件
• 功能：方便用户使用并实现资源共享

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协议

• 定义：规定计算机网络通信规则的规范
• 实现方式：通过硬件和软件共同实现（如网卡芯片+固件实现TCP/IP协议）

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网络适配器（加餐）

别称：俗称网卡

功能：实现主机与网络间的数据收发

查看方法：Windows系统可通过"控制面板>网络和共享中心>更改适配器设置"查看

协议支持：不同型号适配器支持不同网络协议（如Intel AX201支持IPv4）

在网络适配器出场的时候，厂家就会安装一些固件（特殊的软件）在ROM里面，然后这个软件结合网络适配器这个硬件 就能实现某一类的协议！

3.1.2 从工作方式看

边缘部分 ：

组成：连接互联网的主机及其软件

功能：直接为用户提供通信和资源共享服务

核心部分：

组成：大量网络和连接网络的路由器

功能：为边缘部分提供连通性和交换服务

交换服务： 动态选择数据传输路径（如根据网络负载选择上行或下行路径）实现该服务的核心设备就是路由器！

3.1.3 从逻辑功能看

通信子网 ：

组成：通信链路+通信设备+协议

功能：负责计算机间信息传输

特殊包含：主机内部的网络适配器和底层协议（协议由软件+硬件实现）

资源子网 ：

组成：连接到互联网的主机

功能：提供可共享的硬件、软件和信息资源

不包含：主机中实现网络通信的底层硬件和软件

3.2 计算机网络的功能

1. 数据通信： 实现计算机之间数据传输。
   地位：最基本、最重要的功能，如果该功能不能实现，其它功能都无法实现！
2. 资源共享：

• 硬件共享：如智能音箱共享云端服务器算力
• 软件共享：如手机应用商店下载软件
• 数据共享：如视频分享、网盘文件共享
  

3. 分布式处理

• 原理： 将复杂任务拆分给多台计算机处理
• 示例：矩阵乘法拆分为行计算任务分配给不同计算机
• 典型技术：MapReduce框架
  

4. 提高可靠性

实现方式： 多机互为备份

示例：网盘服务器集群数据冗余存储

5. 负载均衡

原理： 多台服务器分担工作负载

示例：网络游戏服务器根据负载分配玩家连接

6. 其他功能 :社会功能：远程办公、远程教育、在线娱乐等

知识点回顾：

4. 电路交换、报文交换、分组交换

4.1 计算机网络发展初期面临的问题

• 起源背景: 现代计算机网络诞生于20世纪60年代，由美国国防部主导的阿帕网(ARPANET)项目开创。
• 核心挑战: 科学家们需要解决如何让分散在全国各地的计算机实现互联互通的技术难题。

• 邮政网络(公元前5世纪起):
  技术特点: 通过邮递员和信件完成节点间数据交换
  历史意义: 最原始的通信网络形式
• 电报网络(1830s~1960s):
  技术突破: 采用报文交换技术
  应用时期: 持续发展了约130年
• 电话网络(1870s~1960s):
  技术特征: 使用电路交换技术
  发展跨度: 近一个世纪的技术演进
  

• 邮政网络: 因过于原始而被直接排除
• 电报网络: 报文交换技术存在局限性
• 电话网络: 当时最成熟的电路交换技术
• 创新需求: 需要开发适合计算机通信的新技术体系

4.2 电话网络

4.2.1 电路交换

技术原理 : 采用物理线路连接实现通信，通过电话交换机动态分配传输线路资源。

实现方式: 早期通过人工接线面板实现，每个插线孔连接电话机或其他交换机

4.2.2 电路交换的过程与优缺点

• 建立连接: 主叫方拨号后，交换机分配专用物理线路（如小帅拨打小丑电话）
• 通信阶段: 双方独占线路资源（如通话期间占用交换机A到交换机D的线路）
• 释放连接: 挂断电话后归还通信资源（如通话结束释放交换机间线路）
  

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优点：

o 传输效率: 数据通过已建⽴的物理线路直达，传输速率⾼，时延低

o 适⽤场景: 适合低频次、⼤量数据传输（如1⼩时通话仅需2分钟建⽴连接）

缺点：

o 资源独占: 线路被通信双⽅独占，利用率低（如⼩红⼩美通话时⼩扁⽆法接通）

o 灵活性差: 故障时需重新建⽴连接，⽆法动态调整路径，必须要重新建立线路。

o 差错控制: 中间节点不⽀持数据错误检测（如0100可能误传为0101，但中途t无法检测出错误）

o 时间开销: 建⽴/释放连接需要额外时间（短通话体验差）

4.2.3 电路交换更适⽤场景

o 典型应⽤: 传统电话⽹络（⻓途电话成本更⾼因占⽤更多线路资源）

o 不适⽤场景: 计算机⽹络的突发式传输（⾼频次、⼩数据量如微信聊天）

4.3 电报网络（采用报文交换技术）

4.3.1 报文交换技术

连接建⽴：通信前⽆需建⽴连接，发送⽅直接将报⽂丢⼊⽹络，由中间节点逐层转发, 这利用了 存储转发的思想。

报⽂组成： 每个报⽂包含控制信息（源地址、⽬的地址）和⽤户数据两部分。

存储转发的思想：把传送的数据单元先存储进中间节点，再根据目的地址转发至下一节点。

4.3.2 报文交换技术对计算机网络的适配性

该技术具有数据多样性：

o 短报⽂示例：⽂字聊天可能仅需⼏个字节

o ⻓报⽂示例：电影⽂件可达⼏个GB

技术优势：

1. 线路共享： 通信线路不被单对⽤户独占（如中间线路同时服务H1-H5和H2-H6通信）相⽐电路交换显著提⾼线路利⽤率
2. 路径灵活性： 节点损坏时可动态规划新路径（如节点C故障 可以直接绕过）
3. 差错控制： 交换节点通过奇偶校验等技术检测/修正传输错误使⻓距离传输更可靠
4. 便捷： 通信前不需要建立连接

技术劣势

• 报文不定长（从字节级到GB级），不方便存储转发管理

要求交换节点配备超⼤内存，如8GB电影需⾄少8GB内存;并且因为报文大小不同，会导致节点对内存资源管理更加复杂

• 长报文的存储转发时间开销大、缓存开销大

如⻓报⽂处理耗时（校验GB级数据⽐校验字节级数据更耗时）；存储更耗时

• <font c
• olor=#900> 长报文容易出错，重传代价高

错误率随⻓度增加（80GB数据⽐8⽐特数据更易出错）;

错误代价⾼：需整报⽂重传

• 对比电路交换，时延高

电话⽹络（电路交换）不适合直接借鉴
电报⽹络（报⽂交换）具有参考价值但需解决报⽂不定⻓问题

4.4 分组交换技术

技术原理： 将⻓报⽂数据切分为定⻓的若⼲部分（分组），每个分组需附加控制信息（⾸部/Header）

⾸部内容 ：

o 源地址和⽬的地址：指明数据传输路径

o 分组号：⽤于接收端重组数据顺序（如图⽚传输需按编号重组）

o 其他控制信息：控制分组在⽹络中的传播⽅式

4.4.1 分组交换技术示例

传输过程 ：

o ⼩帅发送给⼩美的数据被拆分为分组0/1/2

o 分组0/1⾛上⽅路径，分组2因拥堵改⾛下⽅路径

o 接收顺序为2→0→1，通过分组号重组为0→1→2,再将不必要的首部信息拆出去，最后合并成用户数据

4.4.2 分组交换优缺点

分组交换的优点（同报文交换）：

• 通信前无需建立连接
• 数据以"分组"为单位被交换节点间"存储转发"，通信线路可以灵活分配
• 在通信时间内，两个用户无需独占一整条物理线路。相比于电路交换，线路利用率高
• 交换节点支持"差错控制"（通过校验技术）

相比于报文交换，分组交换改进了如下问题：

• 分组定长，方便存储转发管理
• 分组的存储转发时间开销小、缓存开销小
• 分组不易出错，重传代价低

分组交换的缺点：

• 相比于报文交换，控制信息占比增加
• 相比于电路交换，依然存在存储转发时延
• 报文被拆分为多个分组，传输过程中可能出现失序、丢失等问题（首部出问题了），增加处理的复杂度

4.5 虚电路交换技术（基于分组交换）

技术本质： 分组交换+电路交换思想
o 需预先建⽴虚拟连接（⾮物理独占）
o 分组按固定路径顺序传输

三阶段流程：

o 建⽴虚拟电路（如示例中上⽅路径）

o 分组按序沿既定线路传输(只是按照既定路线发送，但并不是说独占了！)

o 通信完成后释放连接

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现代弃⽤原因： 终端设备性能⾜够处理分组问题，将排序/纠错负担转嫁给⽹络核⼼，反而会降低其数据传输能力。

5. 三种交换技术的性能分析

5.1 电路交换性能分析

基本流程：包含连接建⽴、数据传送、连接释放三个阶段

时间假设：

o 每跳传播时延=1ms

o 交换机建⽴/释放连接耗时=1ms

o 接收⽅处理连接请求=2ms

o 数据传输速率=0.5kb / ms

o 报⽂⼤⼩=4KB

• 连接建⽴过程：
  o A→B：1ms传播时延 + 1ms交换机处理
  o B→C：1ms传播 + 1ms处理
  o C→D：1ms传播 + 2ms接收处理
  o 应答返回：3ms（每跳1ms）
• 数据传输：
  o 发送时间=4KB/(0.5KB/ms)=8ms
  o 传播时间=3ms（三跳）
  o 总耗时=11ms
• 连接释放：与建⽴过程类似，各节点依次释放

5.2 报文交换性能分析

关键特点： 中间节点必须接收完整报文后才能转发

时间参数：

• 存储转发时延=2ms
• 其他参数与电路交换相同

传输过程：

• A→B：8ms发送 +1ms传播
• B处理：2ms存储转发
• B→C：8ms发送 +1ms传播
• C处理：2ms存储转发
• C→D：8ms发送 +1ms传播

总耗时：29ms（可通过图示格子数验证）

5.3 分组交换性能分析

• 分组设置：将4KB报文分为4个1KB分组
• 时间参数：
  • 分组存储转发时延=0.5ms
  • 每组发送时间=1KB/(0.5KB/ms)=2ms
• 传输特点：
  • 采用流水线式传输：前一分组处理时可接收下一分组
  • 各节点处理时间缩短（0.5ms vs 报文交换的2ms）
• 总耗时：17.5ms（可通过图示格子数验证）

5.4 三种交换方式的性能对比

6. 计算机网络的分类

6.1 按分布范围分类

6.2 范围分类的示例

6.2.1 路由器接⼝

• WAN口：蓝色接口，连接运营商网络接入广域网
• LAN口：黄色接口（1-4），连接家庭内部设备组成局域网
• 关键理解：局域网通过路由器接入广域网

6.2.2 个域网

• 组成要素：
  • 网关：个域网主设备（如小米多模网关）
  • 终端：智能门锁/开关/传感器等从设备
• 技术特点：
  • 采用蓝牙/Zigbee等低功耗无线技术，Wi-Fi相对能耗较高
  • 网关通过网线连接路由器接入互联网
• 行业术语：此类网络常称为无线个域网(WPAN)

6.3 按传输技术分类

• 广播式网络：
  • 特点：数据分组广播发送，接收方通过目的地址判断是否接收
  • 类比：类似群聊中@某人，所有人可见但只有被@者处理
  • 实例：WiFi网络、传统集线器连接的网络
• 点对点网络：
  • 特点：数据精准直达目标节点
  • 类比：类似私信聊天
  • 实例：路由器之间的数据传输

6.3 按拓扑结构分类

6.4.1 广播式

1） 总线型结构

• 传输方式：广播式传输
• 核心问题：存在总线争用问题
• 典型代表：集线器连接的设备（逻辑拓扑）
• 特点：物理星形≠逻辑星形，需区分物理与逻辑拓扑

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2） 环形结构

• 传输方式：广播式传输
• 解决方案：采用令牌机制解决争用问题
  • 令牌顺序传递，持有者独占传输权限
• 典型代表：令牌环网（2000年前主流局域网技术）

6.4.2 点对点

3） 星形结构

• 传输方式：中央设备实现点对点传输
• 优势：无总线争用问题
• 典型代表：以太网交换机连接的设备

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4） 网状结构

• 传输方式：点对点传输，中间节点存储转发
• 特点：
  • 灵活性高，可靠性强
  • 控制复杂，线路成本高
• 典型代表：路由器构建的广域网

分布特点：前三种常见于局域网，网状结构多见于广域网

6.4 按使用者分类

6.5 按传输介质

• 有线⽹络：如⽹线、光纤等物理线路连接
• ⽆线⽹络：如5G、WiFi、卫星等⽆线技术

6.6 知识回顾与要点总结

7. 计算机网络的性能指标

7.1 指标1:速率

信道概念：

• 信道（Channel）：表示向某一方向传送信息的通道（信道≠通信线路）
• 一条通信线路在逻辑上往往对应一条发送信道和一条接收信道

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• Mac系统监测: 通过活动监视器→网络页签查看实时网络速率
  
• Windows系统监测: 通过任务管理器→性能页签查看网络速率
  

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速率：

• 核心概念： 指连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率，也称为数据率、比特率或数据传输速率。
• 单位表示： 基本单位为bit/s，可简写为b/s或bps（beat per second的缩写），三种记法完全等价。
• 大小写区别： 特别注意小写b（bit，比特）和大写B（Byte，字节）的区别，1B = 8b。例如1.8MB/s实际等于1.8 × 8 = 14.4Mbps。
  

7.2 指标2:带宽

宽带：某信道所能传送的最高数据率(bit/s)

7.3 速率、带宽例题

题目解析:

• 链路带宽100Mbps（理论最大值）
• 主机A发送能力1Gbps（实际能力）
• 主机B接收能力10Mbps（瓶颈限制）
  关键结论: 实际通信速率受"木桶效应"制约，由最弱环节（主机B的网卡）决定。

答案: B选项（10Mbps）

易错点: 容易忽略终端设备的性能限制，仅关注链路带宽。

结论：节点间通信实际能达到的最高速率，由带宽、节点性能共同限制。

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学以致用：

• 速率限制因素：节点间通信实际能达到的最高速率由带宽和节点性能共同限制。例如千兆宽带可能受限于老旧网线或路由器性能。
• 网络设备检查：若实测网速低于运营商承诺值，应优先检查光猫与路由器间的网线类型是否匹配带宽需求。

7.4 带宽（另一种含义）

• 定义： 表示信道允许通过的信号频带范围，单位赫兹（Hz）。例如光纤信道带宽500MHz，电话线带宽3kHz。
• 物理本质：电磁波作为信息载体，其频率范围决定信道传输能力。频率越高，潜在数据传输能力越强。

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不严谨的类比：

• 视觉信道：人眼可感知400THz-750THz光波，带宽为350THz（750-400）。
• 但是如果你是奥特曼就能接收红外/紫外线，其"视觉带宽"大于人类，对应信息接收能力更强。

带宽两种含义的本质：信道带宽越大，传输数据的能力就越强！

7.5 指标3:吞吐量

• 核心概念： 单位时间通过网络/信道/接口的实际数据量，反映实时传输效能。
• 例如：
  • 网线吞吐量：发送1.8MB/s + 接收93.3MB/s
  • 整网吞吐量：需累加所有设备传输速率（如电脑+手机+iPad）
• 影响因素： 受带宽上限约束，并随网络负载动态变化。老旧路由器WAN口100Mbps限制会导致整体吞吐量瓶颈。

7.6 速率、带宽、吞吐量知识回顾和考点总结

7.7 指标4:时延

定义： 指数据(报文/分组/比特)从网络一端传送到另一端所需的时间，也称为延迟或迟延。

总时延公式：发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

7.7.1 时延本质与产生原因 + 计算方式

发送时延：

• 计算方法：
  • 公式：发送时延 = 数据长度(bit) / 发送速率(bit/s)
  • 示例：传输80MB数据，速率100Mbps时，时延=80MB / 100Mbps = 0.8s
• 本质： 节点将数据推向信道所需的时间

传播时延：

• 计算方法：
  • 公式：传播时延 = 信道长度(m) / 信号在介质上的传播速率(m/s)
  • 示例：链路长2000km，信号传播速率2×10^8 m/s，时延=2000×10^3 / (2×10^8) = 0.01s
• 本质： 信号在传输介质中从一端传播到另一端耗费的时间，仅与距离、信号在该介质的速度有关，和数据大小关

发送时延VS传播时延：

• 传输时延（发送时延）：
  • 类比：车辆通过收费站的时间（如每分钟10辆车的通过速率）
  • 特点： 取决于数据长度和发送速率
• 传播时延：
  • 类比：车辆在高速路上行驶的时间（如400km路程以100km/h行驶需4小时）
  • 特点： 取决于信道长度和传播速度，计算公式=信道长度/传播速度
• 关键区别： 传输时延是数据进入信道的时间，传播时延是数据在信道中传输的时间

补充：给车加油可以类比成处理时延，车排队进出加油站就是排队时延

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处理时延：

• 产生原因：路由器分析分组首部、查找转发表等操作
• 影响因素：路由器处理性能

排队时延：

• 产生原因：分组在路由器输入/输出缓冲区排队等待
• 影响因素：网络负载情况

7.7.2 例题

- 题目解析：
  - 发送时延计算：
    - H1→链路A：1000B / 100Mbps = 0.08ms
    - 路由器→链路B：1000B / 80Mbps = 0.1ms
  - 传播时延：
    - 链路A：0.01ms（题目给定）
    - 链路B：0.05ms（题目给定）
  - 处理+排队时延：0.04ms（题目给定）
- 总时延计算：
  - 基础计算：0.08+0.01+0.1+0.05=0.24ms
  - 含处理时延：0.24+0.04=0.28ms
- 解题要点：
  - 每段链路需分别计算发送时延和传播时延
  - 时延具有累加性，需按传输路径顺序计算

7.8 指标5:时延带宽积

• 定义： 时延带宽积 = 传播时延（s） × 带宽（bit/s），单位是比特（bit）
• 物理意义：表示链路中已发送但未到达接收端的最大比特数，类比水管中正在传输的最大水量
• 计算样例：若带宽为100Mbps（10⁸b/s），传播时延为1s，则时延带宽积为100Mbit
• 影响因素：
  • 带宽：相当于水管的横截面积，带宽越大可容纳的比特数越多
  • 传播时延：相当于水管长度，由信道长度和电磁波传播速度决定
• 应用场景：主要用于设计最短帧长（后续讲解）

7.8.1 时延带宽积有关真题

⚠️： 这道题很多人会好奇为什么要多加个0.08s？ 注意审题：收到文件全部数据时刻止！！

7.9 指标6:往返时延

往返时延RTT的定义：

• 核心概念： RTT(Round-Trip Time)指从发送方发送完数据开始，到发送方收到接收方确认消息为止所经历的总时间。
• 典型场景：类似于日常中发送消息后等待"已读"回复的过程，用于确保数据传输可靠性。

时间组成：

• t₂：数据传播时间（A→B）
• t₃：接收方处理时间
• t₄：确认消息发送时间
• t₅：确认消息传播时间（B→A）
• 计算公式：RTT = t₂ + t₃ + t₄ + t₅
• 注意要点： 不包含初始数据发送时间t₁，且默认讨论直连链路场景（含路由器时原理类似）

ps：游戏延迟，反映的就是"手机---服务器"之间的往返时延RTT

7.10 指标7:信道利用率

基本概念：某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的

• 基本公式： 信道利用率 = 有数据通过时间 / (有数据通过时间 + 无数据通过时间)
• 优化原则：
  • 不能过低：如空置高速路，浪费带宽资源
  • 不能过高：如节假日高速，易导致网络拥塞
• 扩展概念： 网络利用率是各信道利用率的加权平均（考试较少涉及）

例题

- 已知条件：1分钟连接时长，80Mbps速率传输20张10MB照片
- 计算步骤：
  - 数据总量：20 × 10MB = 200MB = 1600Mb（注意单位转换）
  - 有效传输时间：1600Mb / 80Mbps = 20s
  - 总时长：60s
- 答案：信道利用率=20/60 × 100% ≈ 33.3%

7.11 指标4、5、6、7知识点回顾

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