计算机网络基本概念

一、计算机网络概念、组成、功能和分类

计算机网络的概念

计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
最简洁的说法是互联、自治的计算机集合。互联即互联互通，自治即没有主从关系，相互独立。不能互相控制对方。

计算机网络的功能

（1）数据通信 数据可以在信道中传输，保证了主机之间的联通性
（2）资源共享 包括硬件、软件、数据
（3）分布式系统 即多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
例 Hadoop平台，既可以对数据进行存储，也可以进行处理和加工
（4）提高可靠性 链路断开后有替代机
（5）负载均衡 各计算机之间更亲密

计算机网络的组成

按组成部分
（1）硬件： 主机、链路、通信设备（如路由器、交换机等）
（2）软件
（3）协议：计算机网络个节点之间必须遵守实现约定好的规则来交换数据和控制信息。这些规则精确的定义了所交换数据的格式和时序。
为网络数据交换而制定的规则，约定与标准就称为网络协议。
网络协议的要素：语法（进行交换数据要遵循相同的格式）、语义（产生控制信息）和时序

按工作方式
（1）边缘部分
由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的用来进行通信（传送数据、音频和视频）和资源共享【在网络边缘的端系统之间的通信方式可划分为两大类C/S¹（client server客户-服务器方式）、P2P²（peer-to-peer）对等方式】
（2）核心部分
由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分为边缘部分服务提供服务（提供联通性和交换）
按功能组成
（1）通信子网 实现数据通信
（2）资源子网 实现资源共享、数据处理
在七层体系结构中的对应关系如图所示：

计算机网络的分类

按分布范围：广域网 城域网 局域网 个人区域网
局域网一般用的是广播技术，而广域网一般用的是交换技术
按使用者分：公用网和专用网
按交换技术分：电路交换 报文交换 分组交换
按拓扑结构分：总线型、星型、环型、网状型（常用于广域网）
按传输技术分：
广播式网络：共享公共通信信道
点对点网络：使用路由存储转发和路由选择机制
——————

二、计算机网络的标准化工作及相关组织

标准分类有法定标准（如OSI）和事实标准（如TCP/IP）
RFC（Request For Comments）因特网标准的形式
RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段：
（1）因特网草案（Internet Draft）这个阶段还不是RFC文档
（2）建议标准（Proposed Standard）从这个阶段开始成为DFC文档
（3）草案标准（Draft Standard）
（4）因特网标准（Internet Standard）
标准化工作的相关组织
国际标准化组织ISO OSI参考模型、HDLC协议
国际电信联盟ITU 制定通信规则
国际电气电子工程师协会IEEE 学术机构、IEEE802系列标准、5G
Internet工程任务组IETF 负责因特网相关标准的制定 RFCXXXX
——————

三、网络的性能指标

速率：速率即数据率或称数据传输率或比特率。指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。单位 bps、kb/s，Mb/s,Gb/s,Tb/s.
带宽（bandwidth）：信道最大的传输速率 单位也是bps（数字信道）(模拟信道的单位是Hz)原本指某种信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差。在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内 从网络中的某一点到另一点所能通过的最高发送数据速率
吞吐量（throughput）：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量 单位也是bps。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时延（delay或latency）：指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一段传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延
（1）发送时延：数据帧长/信道带宽 【（从第一个bit发送开始到最后一个bit发送结束）和数据帧的长度和信道带宽有关，若此时传输速率小于信道带宽，则计算时应使用传输速率】
（2）传播时延：信道长度/电磁波在信道上的传播速率（从A点到B点所需要的时间）
注：电缆介质传播速度为2*10^8m/s，具体的时延和距离有关。卫星信号的传播延迟为270ms
（3）处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，这就产生了处理时延
（4）排队时延：分组在经过网络传输的时候，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。

时延带宽积=传播时延X带宽 （bit）
往返时间RTT 从发送方发送数据开始，到接收方的确认总共经历的时延。RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
RTT包括往返传播时延（2*传播时延 ）和末端处理时间
利用率分为信道利用率和网络利用率
信道利用率=有数据通过的时间/（有+无）数据通过的时间
网络利用率 信道利用率加权平均

---

1. C/S客户-服务器方式 互联网最常用也是最传统的方式。上网发送电子邮件或者网站上查找资料的时候都是用C/S方式。客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。C/S方式所描述的是进程之间服务与被服务的关系。 ↩︎

2. 对等连接方式 指两台主机在通信的时候并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件，他们就可以进行平等的，对等连接通信 ↩︎