计算机网络（2）

小程一言

我的计算机网络专栏，是自己在计算机网络学习过程中的学习笔记与心得，在参考相关教材，网络搜素的前提下，结合自己过去一段时间笔记整理，而推出的该专栏，整体架构是根据计算机网络自顶向下方法而整理的，包括各大高校教学都是以此顺序进行的。
面向群体：在学计网的在校大学生，工作后想要提升的各位伙伴，

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计算机网络和因特网（2）

分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

时延、丢包和吞吐量是三个重要的性能指标，三者对网络的性能和效率有着重要的影响

时延

时延类型：节点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延
相加为结节点总时延

• 传输时延（Transmission Delay）：数据从发送端传输到接收端所需的时间，主要取决于数据包的大小和传输速率。

• 传播时延（Propagation Delay）：数据在传输介质中传播所需的时间，主要取决于传输介质的长度和信号传播速度。

• 处理时延（Processing Delay）：数据在路由器或交换机上进行处理所需的时间，包括数据包的检查、存储和转发等操作。

• 排队时延（Queueing Delay）：数据在路由器或交换机的输出队列中等待传输所需的时间，主要取决于网络拥塞程度和队列管理策略。

• 传输时延（Transmission Delay）：数据在网络设备之间传输所需的时间，主要取决于网络设备的传输速率和数据包的大小。

丢包

• 指的是在数据包在传输过程中丢失或损坏的现象。
• 原因：可能是由于网络拥塞、传输错误、设备故障或其他原因导致的。当数据包丢失时，接收端可能无法完整地接收到发送端发送的数据，这可能会导致数据传输错误或不完整。
  

吞吐量

吞吐量是指在单位时间内通过网络传输的数据量。它是衡量网络性能的重要指标，可以用来评估网络的传输能力和效率。

• 计算公式

吞吐量 = 传输的数据量 / 传输所花费的时间

吞吐量的单位通常是比特每秒（bps）或字节每秒（Bps）。较高的吞吐量意味着网络能够更快地传输数据，提高了网络的效率和性能。吞吐量受到很多因素的影响，包括网络带宽、延迟、丢包率等。在设计和优化网络时，吞吐量是一个重要的考量因素，以确保网络能够满足数据传输的需求。

总结

时延、丢包和吞吐量是计算机网络中重要的性能指标，它们相互影响，共同决定着网络的性能和效率。在网络设计和管理中，需要综合考虑这些指标，以保证网络的稳定性和高效性。

协议层次及其服务模型

模型类型

• OSI模型
  由国际标准化组织（ISO）制定的一个通信系统框架。它将网络通信划分为七个层次，每个层次负责特定的功能，从物理传输到应用层。这些层次分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。每个层次都有自己的功能和协议，上层通过下层提供的服务来完成通信。

• TCP/IP模型
  实际互联网所使用的体系结构，它将网络通信划分为四个层次：网络接口层（对应OSI模型的物理层和数据链路层）、网络层、传输层和应用层。TCP/IP模型的网络接口层包括硬件设备和设备驱动程序，用于实现数据在物理介质上的传输。网络层负责数据包的路由和转发，传输层负责端到端的通信，应用层则包括各种网络应用程序，如HTTP、FTP、SMTP等。

OSI模型分析

• 物理层（Physical Layer）： 物理层负责定义物理介质上的数据传输方式，包括电压、光脉冲等。它处理比特流的传输，如何在传输介质上传输比特流，以及物理连接的建立和维护。

• 数据链路层（Data Link Layer）： 数据链路层负责将物理层传输的比特流组织成逻辑上的数据帧，并在相邻节点之间传输这些帧。它还处理了数据的访问控制和错误检测，确保数据在链路上的可靠传输。

• 网络层（Network Layer）： 网络层负责数据包的路由和转发，定义了数据在网络中的传输路径，以及如何将数据包从源主机传输到目标主机。它处理数据包的寻址和路由选择，确保数据能够在不同网络之间传输。

• 传输层（Transport Layer）： 传输层负责端到端的通信，提供了可靠的数据传输服务，确保数据的完整性和顺序性。它还处理了数据的分段和重组，以及传输连接的建立和维护。

• 会话层（Session Layer）： 会话层负责建立、管理和终止会话（或连接），并提供数据的同步和恢复功能。它允许不同设备上的应用程序之间建立会话，并管理这些会话的运行。

• 表示层（Presentation Layer）： 表示层负责数据的格式转换、加密解密、压缩解压缩等操作，以便确保数据能够在不同系统之间进行交换和理解。

• 应用层（Application Layer）： 应用层包括了各种网络应用程序和服务，如HTTP、FTP、SMTP等。它定义了数据的格式和交换方式，为用户提供了各种网络服务和功能。
  

TCP/IP模型分析

• 物理层： 物理层是网络模型的最底层，它负责定义数据在物理介质上的传输方式，包括电压、光脉冲、无线电频率等。物理层的主要任务是将比特流转换为电信号、光信号或者无线电信号，并将其传输到网络中的其他设备。常见的物理层介质包括双绞线、光纤、无线信号等。

• 数据链路层： 数据链路层建立在物理层之上，它负责将物理层传输的比特流组织成逻辑上的数据帧，并在相邻节点之间传输这些帧。数据链路层还处理了数据的访问控制和错误检测，确保数据在链路上的可靠传输。以太网协议就是数据链路层的一个典型代表。

• 网络层： 网络层负责数据包的路由和转发，它定义了数据在网络中的传输路径，以及如何将数据包从源主机传输到目标主机。网络层的核心协议是IP（Internet Protocol），它使用IP地址来标识网络中的设备，并通过路由器进行数据包的转发。此外，网络层还包括ICMP（Internet Control Message Protocol），用于网络故障排除和错误报告。

• 传输层： 传输层负责端到端的通信，它提供了可靠的数据传输服务，确保数据的完整性和顺序性。在传输层中，最常用的协议是TCP（Transmission Control Protocol）和UDP（User Datagram Protocol）。TCP提供可靠的、面向连接的数据传输，适用于要求可靠性的应用，如Web浏览、文件传输等；而UDP提供无连接的数据传输服务，适用于实时性要求高、但对数据可靠性要求不高的应用，如音频、视频流等。

• 应用层： 应用层是网络模型的最高层，它包括了各种网络应用程序和服务，如HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（简单邮件传输协议）等。应用层协议定义了数据的格式和交换方式，为用户提供了各种网络服务和功能。
  

追溯历史

计算机网络和因特网的历史可以追溯到20世纪60年代。在当时，美国国防部的高级研究计划局（ARPA）开始了一个名为ARPANET的项目，这个项目的目标是建立一个分散的、能够在遭受攻击时仍能保持通信的网络系统。这个项目的成功标志着计算机网络的诞生，也为后来因特网的发展奠定了基础。

在ARPANET项目的基础上，1973年，美国国防部的高级研究计划局资助了一个名为“Packet Radio”的项目，这个项目使得计算机可以通过无线电进行通信，为无线网络的发展奠定了基础。

随着计算机技术的不断发展，计算机网络也逐渐普及。1980年代，因特网协议套件（TCP/IP）被正式采用，这一标准化的协议为因特网的发展提供了统一的标准，也标志着因特网的诞生。

1990年代，因特网开始进入商业化阶段，各大企业纷纷投入资金和人力资源进行因特网的建设和发展。随着因特网的普及，人们开始意识到因特网的潜力，因此也加快了因特网的发展步伐。

随着技术的不断进步，因特网也不断发展和完善。从最初的只能进行简单文本传输的因特网，到如今可以进行视频、音频等多媒体传输的因特网，其发展速度之快令人惊叹。同时，随着移动互联网的兴起，因特网也开始向无线传输方向发展，这也为人们的生活带来了极大的便利。

总的来说，计算机网络和因特网的历史可以说是一部科技发展的历史。从最初的试验性项目到如今的全球性网络，计算机网络和因特网的发展经历了许多曲折，但也取得了巨大的成功。随着技术的不断进步，相信计算机网络和因特网的未来一定会更加美好。