计算机网络之开篇知识

计算机网络之开篇知识

从短期看来，对于后台开发来说，计算机网络是必不可少的，在各大公司的笔试和面试中也时常出现，屡试不爽；从长期看来，从服务器调优到web架构都需要相当牢固的计算机网络基础。因此掌握基础的计算机网络知识是十分必要的。

而入门计算机网络需要从基本的前提知识说起。

• 端系统的通信方式：客户-服务器方式(C/S方式)和对等方式

  每一个主机都可以称为端，网络中由端组成的系统即为端系统。

  • 客户-服务器方式(C/S方式)

    最常见的通信方式，日常生活中的例子便是使用浏览器访问目标网站，浏览器是发起请求并等待响应的客户端，而访问目标网站实则是访问目标网站所在的服务器，服务器提供服务给请求的客户

  • 对等方式(P2P方式)

    于C/S方式不同，对等方式中无所谓客户还是服务器，或者说参与的主机是客户亦是服务器，既能发起请求，又能响应请求。最经典的例子便是文件共享程序。

• 连通性的保证：分组交换

  了解分组交换需从电路交换和报文交换说起。

  • 电路交换指的是电话机连接方式：建立连接-通话-释放连接，比特流连续地从源点直达终点
  • 报文交换指的是电报通信方式：整个报文传到相邻节点，全部存储后再查找转发到下一个节点直到终点
  • 分组交换便是计算机网络数据传输方式：将整个报文(借用电报喻指网络数据报)分成单个分组后逐个传递到相邻节点，存储下来再查找转发给下一个节点直到终点。

  • 典型例题

    解答：解题重点在于总时延=发送时延+传输时延，而分组交换的流水线式传输相对特别，发送的同时也有分组在信道中传输，因此比较难以界定两种时延;并且还需要考虑到每个节点都会发生发送动作。切入点在：在最后一个分组发送完成前，传输时延与发送时延重叠在一块，只需计算一种即可，因此在最后一个分组这里开始一刀切，将发送时延和传播时延分开。

    答案：

    电路交换总时延：s+x/d+kd; 分组交换总时延：(x/p)(p/b)+(k-1)(p/b)+kd;

    s+x/b+kd>(x/p)(p/b)+(k-1)(p/b)+kd => s>(k-1)*(p/b)

• 计算机网络性能

  • 速率：数据的传递速率，也称数据率，单位为bit/s.
    需要注意的是数据大小使用的单位是B(字节，8位二进制数)，因此应当按二进制计算：千=K=2^{10=1024,兆=M=2}20，吉=G=2^30，而数据率使用的单位是bit/s,因此应当使用十进制计算： 千=K=10^{3=1000,兆=M=10}6，吉=G=10^9,在计算时需要特别注意。

    • 典型例题

  • 带宽和吞吐量

    带宽指的是某信道能达到的最高速度，而吞吐量则是信道的实际速度

  • 时延：数据从端到端传输所需要的时间，一般有发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。

    • 发送时延：主机发送数据所需要的时间=数据帧长度/发送速率

    • 传播时延：数据在信道传播所需的时间=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

    • 处理实验：主机或路由器处理收到分组的时间

    • 排队时延：数据经过网络进入路由器中等待处理排队的时间

      总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

  • 时延带宽积：表示信道传播的比特量=传播时延*带宽

  • 往返时间RTT：许多情况下，网络上的信息是双向交互的，因此需要知道一次双向交互所需时间，一次双向交互所需时间即为往返时间。

• 计算机网络体系结构

  计算机网络从物理链路到网络应用之间会经过很多协议，因此产生了多层结构，每层结构都有专门的协议以做到有条不紊地交换信息。著名的结构有OSI(Open Systems Interconnection)的七层机构、TCP/IP四层结构和折中的五层体系结构。

  在笔试中用到的以七层结构居多。

写在最后：

• 本文只是总结，只包含重要的知识点，具体的知识请仔细研究谢希仁老师的《计算机网络》一书。
• 之后的知识总结会与依次按照五层结构自下而上逐层介绍。