计算机网络-第一章复习

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Internet如何翻译

有两种翻译方式：

因特网

国家推荐

互联网

现实中大多使用这个词。

互联网的重要特点

连通性

世界各地的用户都可以交换信息，好像彼此之间直接连通一样。

共享

即资源共享，如信息、软件、硬件共享等。

两个认识互联网的角度

应用

工作原理

课本是从这个角度来讲解的，我们从这个角度来学习。

计算机网络的组成

定义：计算机网络由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。

结点

可以是计算机、集线器、路由器、交换机等。

链路

互连网与互联网

互连网

internet

  • 定义

    通用名词，泛指通过路由器将网络连起来形成的网络。

  • 其中网络间的通信协议可以是任意的。

  • 互连不仅是物理上，还要通过软件连接。

互联网

Internet

  • 定义

    互联网是全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网。

  • 采用TCP/IP协议族作为通信规则。

  • 前身是美国的ARPANET。

三层ISP结构

ISP，互联网服务提供者。

互联网现在采用三层ISP结构。

本地ISP

地区ISP

主干ISP

IXP

允许两个网络直接相连并交换信息。

互联网的组成

边缘部分

与网络相连的计算机常称为主机。

  • 定义

    连接在互联网上的所有主机。

  • 由用户（个人、公司）控制。

  • 进行通信和资源共享。

主机通信方式

  • 对象

    计算机通信的对象是应用层中的进程。

客户/服务器方式

即C/S方式。

  • 客户和服务器指通信中所涉及的两个应用进程。

  • 客户/服务器模式描述的是进程之间服务和被服务的关系。

    客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

  • 客户和服务器都要使用互联网核心部分提供的服务。

  • 客户必须知道服务器程序的地址，服务器不需要知道客户程序的地址。

对等连接方式

对等连接（peer to peer），P2P。

  • 定义

    两台主机在通信时并不区分谁是客户或服务器。

  • 本质上还是C/S方式。

核心部分

  • 定义

    由大量网络和连接这些网络的路由器组成。

  • 由ISP控制。

  • 为边缘部分提供服务。

工作方式

核心部分的工作方式就是路由器的工作方式。

  • 存储转发
  • 路由器间不断交换路由信息

三种交换方式

  • 严格来讲，分组交换也是可以面向连接的
  • 现在用的是分组交换

电路交换

  • 并不是真正意义上的交换

  • 主要特点：面向连接

    • 建立连接、通信、释放连接
    • 在通信的全部时间内，通信的两个用户始终占用端到端的通信资源。

  • 优点

    静态分配传输带宽，只要建立了连接，网络发生拥塞也不会影响通信质量。

  • 缺点

    • 计算机通信时，数据具有突发性，线路上真正用来传送数据的时间往往不到10%，造成通信线路资源的浪费。
    • 如果通信链路是由多段链路组成的，只要有一段链路出现故障，就不能通信。

分组交换

  • 主要特点：采用存储转发技术

    • 将报文拆分成多个分组，加上头部
    • 通过路由器以分组为单位进行存储转发
    • 在接收端将分组组装成报文

  • 优点

    • 高效

      动态分配传输带宽，逐段占用通信链路。

    • 灵活

      为每一个分组独立地选择最合适的转发路由。

    • 迅速

      不需要建立连接就可以向其他主机发送分组。

    • 可靠

      1. 保证可靠性的网络协议、分布式多路由的分组交换网使网络有很好的生存性。
      2. 某个结点或者链路出现故障时，分组传送的路由可以自适应地动态改变。

  • 缺点

    • 存储转发时需排队，造成一定时延。当网络拥塞非常严重时，整个网络也可能会瘫痪。
    • 分组的首部造成一定开销。

报文交换

  • 主要特点：
    • 采用存储转发技术，但报文不分组
    • 适用于间歇式轻负载

与分组交换相比：

  • 优点
    • 省去了划分分组的步骤
    • 省去了接收端组装分组的步骤
  • 缺点
    • 灵活性不如分组交换

哪个交换方式最好？

不能说哪个方式一定好或坏

  • 若需连续传送大量数据，且其发送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
  • 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
  • 由于一个分组的长度远远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小；同时也具有更好的灵活性。

计算机网络性能指标

速率

  • 也称为数据率（data rate）或比特率（bit rate）。

  • 定义

    连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据的速率。

  • 单位是b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s

==信道：一个发送端，一个接收端==

带宽

  • 定义

    数字信道所能传输的最高速率。

  • 毫无疑问，带宽单位和速率一样。

吞吐量

  • 定义

    单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量。

  • 单位是b，Mb等。

时延

$总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延$

  • 一般来说，小时延的网络优于大时延的网络

    一个低速率、小时延的网络可以优于一个高速率、大时延的网络。

  • 在总时延中，哪一种时延占主导地位，必须具体分析。

发送时延

又叫传输时延，发送速率又叫传输速率。

$发送时延=\frac{数据帧长度(bit)}{发送速率(bit/s)}$

可见发送时延并非固定不变。

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率，而不是比特在链路上的传播速率。

传播时延

$传播时延=\frac{信道长度(m)}{电磁波在信道上的传播速率(m/s)}$

光纤与铜线相比降低了发送时延，光纤的传播速度反而不如铜线传播速度快。

处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理。

排队时延

分组在路由器中可能要排队。

时延带宽积

时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

$时延带宽积=传播时延\times带宽$

时延带宽积反映传输时线路上数据的多少，即线路上的比特数。

传播时延决定线路的长度

带宽决定每位的长度

往返时间RTT

定义：双向交互一次所需的时间。

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认。

ping www.baidu.com

利用率

  • 信道利用率并非越高越好

    信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。

令$D_0$表示网络空闲时的时延，$D$表示网络当前的时延，$U$为网络利用率，

则$D=\frac{D_0}{1-U}$。

信道利用率

$信道利用率=\frac{有数据通过时间}{总时间}$

网络利用率

定义：信道利用率加权平均值

分层

分层思想

  • 相互通信的两个计算机系统必须高度协调，而这种协调是十分复杂的。

    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。

三种分层方法

OSI是法律上的国际标准，TCP/IP是事实上的国际标准。

计算机网络体系结构.jpg

  • 七层协议：OSI

    概念清楚，理论较为完整。

    但既复杂又不实用。

  • 四层协议：TCP/IP

    简洁，得到广泛应用。

    实质内容只有上三层，网络接口层并没有什么具体内容。

  • 五层协议

    综合七层协议和四层协议的优点：既简洁又能将概念阐述清楚。

好处

5个

  • 各层间是独立的

    每一层只实现一种相对独立的功能，上层仅知道下层的接口，而不需知道其如何实现。

  • 灵活性好

    只要层间接口关系保持不变，可以对各层进行修改。

  • 结构上可分割开

    各层都可以采用最合适的技术实现

  • 易于实现和维护

    整个系统被分解为若干个相对独立的子系统，每个子系统都易于实现和维护

  • 能促进标准化工作

    每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明

坏处

分层应使每一层的功能非常明确，所以层次的划分并不容易。

层数太少，会使每一层的协议太复杂；

层数太多，会使各层在功能上有重叠，造成额外开销。

对等层

在OSI参考模型中，位于同一水平行（同一层）上的系统构成了OSI的对等层。

协议

定义：在ISO/OSI参考模型中，同层对等实体间信息交换时必须遵守的规则。

每层都有协议，有的层只能有一个协议，有的层可以有多个协议。

网络协议主要由以下三个要素构成：

语法

数据与控制信息的结构和格式

语义

需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应

同步

事件实现顺序的详细说明

作者：@臭咸鱼

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