计算机网络—— 概述

概述

1.1 因特网概述

网络、互联网和因特网

• 网络由若干结点和连接这些结点的链路组成
• 多个网络还可以通过路由器互联起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网）。
• 因特网（Internet）是世界上最大的互联网络

internet和Internet的区别

• internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。
• Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET

因特网的组成部分

边缘部分:

​ 由所有连接在因特网上的主机组成。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（提供连通信和交换）。

1.2 三种交换方式

电路交换(Circuit Switching)

• 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换；
• 从通信资源的分配角度来看，交换（Switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源；
• 电路交换的三个步骤：
  1. 建立连接（分配通信资源）
  2. 通话（一直占用通信资源）
  3. 释放连接（归还通信资源）

分组交换(Packet Switching)

报文交换(Message Switching)

报文交换于分组交换类似，采取存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，要求交换节点由较大的存储空间。报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被分组交换方式所取代。

电路交换、报文交换、分组交换的对比

1.3 计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并未统一

1.4 计算机网络的性能指标

速率

• 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也称为比特率或数据率
• 基本单位：bit/s（b/s,bps)，常用单位：Kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

带宽

• 用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示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”；单位与速率单位相同。

吞吐量

• 吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量；
• 吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道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额定速率的限制。

时延

$$\begin{array}{rl}& \text{发送时延}=\frac{\text{分组长度 (b)}}{\text{发送速率 (b/s)}}\\ & \text{传播时延}=\frac{\text{信道长度 (m)}}{\text{电磁波传播速率 (m/s)}}\end{array}$$

处理时延一般不便于计算

时延带宽积

• 传播时延和带宽的乘积
• 若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特
• 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

往返时间RTT

• 在许多情况下，因特网上的信息不仅单方向传输，而是双向交互
• 我们有时很需要知道双向交互一次所需的时间

利用率

• 信道利用率：用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的
• 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均
• 利用率并非越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会 迅速增加
• 也不能使信道利用率太低，这会使宝贵的通信资源被白白浪费。

丢包率

• 丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率
• 分组丢失的两个主要原因：分组误码，结点交换机缓存队列满

1.5 计算机网络体系结构

(1) 常见的计算机体系结构

(2) 计算机网络体系结构分层的必要性

"分层"可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。

OSI参考模型各层主要任务：

原理体系结构各层主要任务：

(3) 专用术语

• 实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

• 对等实体：收发双方相同层次中的实体

• 协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

• 协议的三要素

  • 语法：定义所交换信息的格式

  • 语义：定义收发双方所要完成的操作

  • 同步：定义收发双方的时序关系

• 服务：在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。

  • 要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。

  • 协议是“水平的”，服务是“垂直的”。

  • 实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。

• 服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型。

• 服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

• 协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元。

• 服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元。