【计网】计算机网络概述笔记

【计网】网络概述

因特网概述

网络、互联网与因特网的区别与关系

若干节点和链路形成网络

若干网络通过路由器互联形成互联网

因特网是世界上最大的互联网

因特网简介

因特网服务提供者（ISP）

因特网已发展成为基于ISP的多层次结构的互联网络

电路交换、分组交换、报文交换

电路交换

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

计算机之间的数据传送是突发式的，当使用电路交换来传送计算机数据时，线路的传输效率一般会很低，真正用来传输数据的时间不到10%。

分组交换

源主机将分组发送到分组交换网中，分组交换网中的分组交换机收到一个分组后，先将其缓存下来，然后从其首部中提取出目的地址，按照目的地址查找自己的转发表，找到相应的转发接口后将分组转发出去，把分组交给下一个分组交换机。经过多个分组交换机的存储转发后，分组最终被转发到目的主机。

分组交换的优点如下：

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。

分组交换也带来了一些问题：

分组首部带来了额外的传输开销。

路由器存储转发分组会造成一定的时延。

无法确保通信时端到端的通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络拥塞。

分组可能会出现失序(未按序到达)和丢失等问题。

报文交换

报文交换是分组交换的前身。报文交换中，报文被整个地发送，而并非拆分成若干分组进行发送。

交换节点将报文整体接收完成后才能查找转发表，将整个报文转发到下一个节点。

报文交换比分组交换带来的转发时延要长很多，需要交换节点具有的缓存空间也大很多。

三种交换方式对比

若要连续传送大量的数据，并且数据传送时间远大于建立连接的时间，则使用电路交换可以有较高的传输效率。然而计算机的数据传送往往是突发式的，采用电路交换时通信线路的利用率会很低。

报文交换和分组交换都不需要建立连接(即预先分配通信资源)在传送计算机的突发数据时可以提高通信线路的利用率。

将报文构造成若干个更小的分组进行分组交换，比将整个报文进行报文交换的时延要小，并且还可以避免太长的报文长时间占用链路，有利于差错控制，同时具有更好的灵活性。

计算机网络的定义和分类

定义

有关计算机网络的一个较好的定义是，计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，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。

计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，还包括智能手机、具有网络功能的传感器以及智能家电等智能硬件。定义中的“可编程的硬件”表明这种硬件一定包含有中央处理单元CPU。

计算机网络并非只用来传送数据，而是能够基于数据传送进而实现各种各样的应用，包括今后可能出现的各种应用。

分类

1. 按网络覆盖范围分类

(1)广域网(Wide Area Network，WAN):覆盖范围通常为几十千米到几千千米,可以覆盖一个国家、地区甚至横跨几个洲。广域网是因特网的核心部分，它为因特网核心路由器提供远距离高速连接，互连分布在不同国家和地区的城域网和局域网。

(2)城域网(Metropolitan Area Network，MAN):覆盖范围一般为5~50km，可以跨越几个街区甚至整个城市。城域网通常作为城市骨干网，互连大量机构、企业以及校园局域网。

(3)局域网(LocalArea Network，LAN):覆盖范围一般为1km，例如一个学生宿舍、一栋楼或一个校园。局域网通常由微型计算机或工作站通过速率为10Mb/s以上的高速链路相连。在过去，一个企业或学校往往只拥有一个局域网，而现在局域网已被广泛地应用，一个企业或学校可能就会有多个互连的局域网，这样的网络常称为校园网或企业网。

(4)个域网(PersonalArea Network，PAN):个域网是个人区域网的简称，其覆盖范围一般为10m。

计算机网络的性能指标

常见的计算机网络性能指标有：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率八个。

速率

计算机网络中的速率是指数据的传送速率(即每秒传送多少个比特)，也称为数据率(DataRate)或比特率(BitRate)。速率的基本单位是比特/秒(bits，可简记为b/s，有时也记为bps，即bitpersecond)。

带宽

Tip：带宽在模拟信号系统中的意义是，某个信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。

带宽在计网中的意义：

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。

吞吐量

定义：单位时间内通过某个网络或者接口的实际数据量。吞吐量常被用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据量通过了网络。

时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。

时延带宽积

时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

链路的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度，这对我们以后理解以太网的最短帧长是非常有帮助的。

往返时间

（Round-Trip Time, RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。

利用率

链路利用率：链路利用率是指某条链路有百分之几的时间是被利用的(即有数据通过)

完全空闲的链路的利用率为零

网络利用率：网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均。

根据排队论可知，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。

当网络的通信量较少时，产生的时延并不大，但在网络通信量不断增大时，分组在交换节点(路由器或交换机)中的排队时延会随之增大，因此网络引起的时延就会增大。

丢包率

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。

分组丢失有两种情况：

分组在传输过程中出现误码，被传输路径中的节点交换机(例如路由器)或目的主机检测出误码而丢弃。

节点交换机根据丢弃策略主动丢弃分组。

常见的三种计算机网络体系结构

TCP|IP体系结构

计算机网络体系结构分层必要性

计算机网络体系结构中的专用术语

实体

实体是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

对等实体是指通信双方相同层次中的实体。

协议

协议是控制两个对等实体在 “水平方向” 进行 “逻辑通信” 的规则的集合。

协议三要素：

语法：定义所交换信息的格式

语义：定义通信双方所要完成的操作

同步： 定义通信双方的时序关系

服务

在协议的控制下，两个对等实体在水平方向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。

实体看得见下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。下层的协议对上层的实体是透明的。

在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点SAP，它被用于区分不同的服务类型。
帧的“类型”字段、IP数据报的“协议”字段，TCP报文段或UDP用户数据报的“端口号”字段都是SAP。

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