计算机网络相关知识点总结（二）

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比特bit是计算机中数据量的最小单位,可简记为b。字节Byte也是计算机中数据量的单位,可简记为B,1B=8bit。常用的数据量单位还有kB、MB、GB、TB等,其中k、M、G、T的数值分别为$2^{10}$, $2^{20}$, $2^{30}$, $2^{40}$。

K, M, G, T 分别对应以下英文字母表示的单位：

• K：千（kilo）
• M：兆（mega）
• G：吉（giga）
• T：太（tera）

$2^{10}=1024\approx 1000$，即千（K），往后以此类推。

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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,其最小单位为bps,常用单位还有kbps、Mbps、Gbps、Tbps等,其中k、M、G、T的数值分别为$10^3=1000$, $10^6=1000000$, $2^9=1000000000$, $2^{12}=1000000000000$。

计算机中内存空间的计算方式是以二进制的形式计算的，而网络中的传输比特速率是以十进制的形式计算的，所以出现了以上的单位差别。

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假设在某段链路上传输某个10MB的数据块,链路带宽为10Mb/s,信号传播速率为200000km/s,链路长度为1000km,则数据块的发送时延约为 $\underline{8.4s}$。

发送时延可由以下公式计算：

发送时延 = 数据块大小 / 发送带宽

对于这个问题，数据块大小为10MB，链路带宽为10Mb/s。需要注意的是，速率单位要一致，所以需要将数据块大小转换成位（bit）。

1字节（Byte）= 8位（bit）

10MB = 10 * 8 * 1024 * 1024 bits（将MB转换成bits）

发送时延 = (10 * 8 * 1024 * 1024) / 10Mb/s

$10\times 8\times 1024\times 1024=83886080÷10000000=8.388608\approx 8.4(s)$

计算结果为：

发送时延约为 8.3886 秒。

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假设主机A和B之间的链路带宽为100Mbps,主机A的网卡速率为1Gbps,主机B的网卡速率为10Mbps,主机A给主机B发送数据的最高理论速率为$\underline{10Mbps}$

主机与主机之间的最大传输速率受限于传输速率最低的链路。

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设主机A的发送时延为10ms,链路带宽为20Mbit/s,传播时延为20ms,则该链路的时延带宽积为 $\underline{400000bit}$

时延带宽积=传播时延 x 链路带宽，需要换算单位。

时延带宽积的现实含义：一条有一定长度的物理链路，一个数据包从一端到另一端所需要的时间为 传播时延，链路带宽为该链路的速率，它们两个相乘便得到了该链路的比特容量，即在这个传播时延的时间内，它最大可以容纳多少比特量，从而衡量该链路的指标，它提供了一种对网络性能和传输效率的估计。

现实含义上，时延带宽积可以用来衡量网络的容量和延迟之间的权衡。它表示在给定的链路上，同时存在的数据包的数量的上限。当时延带宽积较小时，意味着链路的容量不足以容纳大量的数据包，可能导致拥塞和丢包；而当时延带宽积较大时，链路具有更高的容量，可以容纳更多的数据包并减少丢包的可能性。

时延带宽积还与应用程序的性质和需求有关。例如，在实时视频流或语音通信等对延迟敏感的应用中，较小的时延带宽积是更为理想的，因为它可以减少传输时延，并保证实时性。而对于大规模文件传输或数据备份等对吞吐量要求较高的应用，较大的时延带宽积可以充分利用链路带宽，提高传输效率。

总之，时延带宽积是一个重要的参数，可以帮助我们评估网络性能，并在设计和优化网络时进行合理的权衡和调整。

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传播时延最大的链路是$\underline{同步卫星链路}$。

常见的物理链路包括以下几种种类：

• 以太网（Ethernet）：以太网是一种最常用的有线局域网技术，使用双绞线或光纤作为传输介质。它具有较高的带宽和低延迟，并支持多种速率，如10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps等。

• 光纤链路：光纤链路使用光纤作为传输介质，通过光信号来传输数据。光纤链路具有高带宽、低损耗、抗干扰能力强的优点，适用于长距离传输和高速数据传输需求。

• 无线链路：无线链路是通过电磁波无线传输数据的链路，常见的无线链路包括Wi-Fi、蓝牙、移动通信（如4G、5G）等。无线链路具有灵活性和便携性，但相对有线链路，可能存在信号衰减、干扰、传输速率受限等问题。

• 卫星链路：卫星链路利用卫星进行数据传输，适用于远距离通信，覆盖范围广。卫星链路的传播时延相对较高，主要取决于信号的传播距离和经过的卫星数量。
  卫星链路曾被认为是传播时延最大的链路，但是随着科技的发展，未来它的传输性能可能会逐渐提高。同步卫星为了与地球的自转保持同步，其轨道半径交大，离地远，所以传播时延较高。而大名鼎鼎的星链卫星，其运行在近地轨道，从而提升传输性能，多个近地卫星之间进行通信，弥补了其覆盖范围较小的缺点。

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假定网络的利用率达到了90%,则当前的网络时延是网络空闲时的时延的$\underline{10倍}$。

假设网络的利用率达到了90%，根据公式 “网络时延 = 1 / (带宽 * (1 - 利用率))”，我们可以计算当前的网络时延相对于网络空闲时的时延的倍数。

当网络处于空闲状态时，利用率为0，此时网络时延为:

网络时延（空闲）= 1 / (带宽 * (1 - 0)) = 1 / 带宽

而当网络利用率达到90%时，网络时延变为:

网络时延（当前）= 1 / (带宽 * (1 - 0.9)) = 1 / (0.1 * 带宽)

所以，当前的网络时延相对于网络空闲时的时延的倍数为 1 / (0.1 * 带宽) * 1 / 带宽 = 10倍。

换句话说，当前网络的时延是网络空闲时的时延的10倍。

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因特网采用的网络体系结构是 TCP/IP体系结构。

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TCP/IP体系结构中的 网络接口层 对应OSI/RM体系结构的 物理层、数据链路层。

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在OSI参考模型中,对等实体是指 收发双方相同层次中的实体。、

在OSI参考模型中，对等实体指的是在通信过程中相互交互和通信的两个网络节点或主机。它们可以通过各层之间定义的协议进行通信，并在数据传输过程中进行数据的封装、传输和解析等操作。每一层都有相应的对等实体来处理特定层级所需的功能和任务。

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在TCP/IP参考模型中,运输层的相邻下层实现的主要功能是 IP数据报在多个网络间的传输。

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在OSI参考模型中,控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合称为 协议。

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TCP通信双方在基于TCP连接进行通信之前,首先要通过“三报文握手”来建立TCP连接，三次报文握手是为了确保可靠建立TCP连接并同步双方的初始序列号（ISN）。

• 第一次握手（SYN）：客户端发送一个带有SYN标志的TCP包到服务器，请求建立连接。此时客户端进入SYN_SENT状态。

• 第二次握手（SYN+ACK）：服务器接收到客户端的请求后，会发送一个带有SYN和ACK标志的TCP包作为响应。ACK确认号设置为客户端发送的序列号加1，同时服务器也选择一个自己的初始序列号。此时服务器进入SYN_RCVD状态。

• 第三次握手（ACK）：客户端接收到服务器的确认后，向服务器发送一个带有ACK标志的TCP包，确认收到服务器的响应。客户端的ACK确认号设置为服务器发送的序列号加1。此时，服务器进入ESTABLISHED状态，客户端也进入ESTABLISHED状态，TCP连接建立完成。

为什么需要三次握手呢？

第一次握手可以让服务器确认客户端的存在，并确保客户端能够接收到服务器的回复。但此时客户端不知道服务器是否收到了自己的请求。

第二次握手服务器发送了响应，此时客户端可确认自己的请求已经送达到服务器，并能够接收到服务器的响应。但此时服务器仍然不知道客户端是否真的能接收到自己的响应。

第三次握手客户端发送了确认，此时服务器可以确认自己的响应已经成功送达到客户端，并且客户端也能接收到服务器的响应。至此，双方都可以信任对方，并认为连接已经建立起来。

通过三次握手，可以确保TCP连接的可靠性和同步性，避免了由于网络传输延迟、丢包或失序等原因引起的问题。这种机制能够保证客户端和服务器双方互相确认彼此的能力，并建立起稳定的通信环境。

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物理层、数据链路层、网络层、运输层的传输单位(或称协议数据单元PDU)分别是 比特、帧、分组（数据报）、报文段。

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