第一章 计算机网络概述

目录

1、计算机网络的类别

2、计算机网络的性能

3、计算机网络体系结构

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前言：我们知道，21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化。是一个以网络为核心的信息时代。为了信息共享，若干计算机通过链路互相连接在一起组成的集合，就称为计算机网络。网络中的链路可以由计算机、集线器、交换机或路由器组成等。网络之间还可以通过路由器互联起来，构成一个覆盖范围更大的计算机网络。

计算机网络

1、计算机网络的类别

 计算机网络按不同的维度可以划分为多个类别，常见的有一下几种。

1、按照网络的作用范围分为：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN

广域网WAN：广域网的作用范围通常为几十到几千公里，是互联网的核心部分。其任务是通过长距离（例如跨越不同省份、国家）运送主  机所发送的数据。

城域网MAN：城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区或城市，作用距离约为5~50公里。

局域网LAN：局域网一般用于微型计算机或工作站之间的高速通信。在地理局限上很小，如一个学校、企业、甚至一个家庭都拥有局域网。

2、按照网络的使用者可以分为：公用网、专用网

公用网：这是指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。“公用”的意思就是所有按照电信公司规定缴纳费用的人都可以使用这种网络。

专用网：与公用网相反，是为了满足某些特定单位业务需要而建设的网络。这种网络不对外提供服务。如铁路、军队、银行等机构使用的网络。

2、计算机网络的性能

衡量计算机网络的好坏，通常说的是其几个重要的性能。常用速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率等七个 性能指标来度量计算机网络的性能。

1、速率

我们知道计算机在发出数据的时候实际上发送的都是二进制数字中的0或1；一个比特就是二进制数字中的一个0或1；计算机网络中的速率，就是指的是单位时间内发送的比特的数量；速率的单位是bit/s。

2、带宽

在计算机网络中，带宽用来表示网络中某个通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据量”。

3、吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（信道或接口）的实际数据量，例如对于1Gbit/s的以太网，其实际的吞吐量可能也只有100Mbit/s甚至更低，实际并没有达到其1Git/s。

4、时延

时延是指数据从网络的一段发送到另一端所需要的时间，其中时延是由发送时延、传播时延、处理时延、排队时延组成的。其关系是

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

当计算机网络中的通信量过大时，网络中许多路由器的处理时延和排队时延将会大大增加，因此处理时延和排队时延可能在总时延占据主要部分。

5、时延带宽积

时延带宽积=传播时延*带宽

假设一个代表链路的圆柱形管道，管道的长度是链路的传播时延，而管道的截面积是链路的带宽。因此时延带宽积就表示这个管道的体积，表示这样的链路可以容纳多少个比特。不难看出，只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到充分的作用。

标链路像一条空心管道

6、往返时间

在计算机网络中，信息不仅仅是单方向传输而是双向交互的。因此一个数据包在发送后至收到对方对方的确认信息就是一个往返时间。

7、利用率

利用率分为信道利用率和网络利用率。其中信道利用率指出百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道利用率为零。

网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。如果令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，U表示网络的利用率。那么在适当的假定条件下可以用一下公式表示D0和利用率U的关系：

D=D0/(1-U)

 当网络的利用率接近最大值1时，网络的时延就趋于无穷大。因此说明信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。所以当一些拥有较大主干网的运营商通常控制信道利用率不超过50%，如果超过了就要准备扩容，增大线路的带宽。

3、计算机网络体系结构

计算机网络在相互通信的过程中，是一个非常复杂的过程。为了将这样复杂的过程转化成若干个较小的局部问题。提出了“分层”的概念。

计算机网络体系结构

1974年，国际标准组织(国际标准化组织)制定了OSI模型。这个模型把网络通信的工作分为7层，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。1至4层被认为是低层，这些层与数据移动密切相关。5至7层是高层，包含应用程序级的数据。每一层负责一项具体的工作，然后把数据传送到下一层。

在OSI参考模型问世后到20世纪80年代，由于当时缺乏商业驱动力未能迅速进入市场，后来又出现了TCP/IP的四层协议。TCP/IP是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet网络体系结构以TCP/IP为核心。基于TCP/IP的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互联层（主机到主机）、传输层、和应用层。

不过从实质上讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的网络接口层并没有什么内容。因此综合OSI和TCP/IP的优点，采用了一种只有五层协议的体系结构，这样既简洁又能将问题表述清楚。