计算机网络之一：网络体系结构

一、计算机网络的引入

计算机网络其实无处不在，当我们在玩吃鸡时，如下图，会有一个用于衡量游戏网络流程程度的指标，RTT，往返时延，表示的是从我们发送游戏数据给服务器开始，到我们收到服务器的确认，总共经历的时延，RTT越小，代表我们的网络越好。

二、计算机网络的概念

1. 计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通讯设备和线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的网络系统。简单来说，计算机网络是互连的，自治的(无主从关系)计算机集合。
   
2. 计算机网络的功能：数据通信和资源共享
3. 网络、互联网、因特网：网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世界上最大的互联网。
4. ISP：因特网服务提供商，是一个向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务以及增值业务的公司，如中国移动、中国电信、中国联通等
5. 多层次ISP
   
6. 计算机网络的组成部分：硬件、软件、协议
7. 计算机网络的工作方式
   

三、计算机网络的分类

3.1、按分布范围划分

• 广域网WAN - 交换技术
• 城域网MAN
• 局域网LAN - 广播技术
• 个人区域网PAN

3.2、按交换技术划分

• 电路交换：在通讯之前需要在通讯双方之间建立一条被双方独占的物理通路，如电话通话
• 报文交换：以报文为数据交换的单位，报文包含有目标地址、源地址等信息，在交换节点采用存储转发的传输方式
• 分组交换：基于报文交换，将报文拆分为更小的数据单位

3.3、按传输技术划分

• 广播式网络：共享公共通信信道
• 点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制

四、性能指标

4.1、速率

• 速率即数据率、数据传输速率、比特率：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：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s（单位换算都为10^3）

4.2、带宽

• 宽带：表示网络通讯线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络的某一点到另一点的“最高速率”，即网络设备所能支持的最高速率
• 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s（单位换算都为10^3）

4.3、吞吐量

• 吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络（信道、网卡）的数据量
• 单位：b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s（单位换算都为10^3）
• 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率限制
  

4.4、时延

指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间，也称延迟，单位是s。

• 发送时延：发送方发送第一个比特到发送完最后一个比特所花的时间，发送时延 = 数据长度/信道带宽(发送速率)
• 传播时延：电磁信号或光信号在传输介质中传播一定的距离所花费的时间，即发送端发送数据到接收端接收到数据所花的时间，传播时延 = 信道长度/电磁波(光信号)在信道上的传播速率
• 排队时延：在网络传输时，要经过许多的路由器，但分组在进入路由器后要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，输入排队和输出排队所花的时间即排队时延。
• 处理时延：主机或路由器在收到分组进行处理所花的时间
  

4.5、时延带宽积

• 时延带宽积：以比特为单位的链路长度，即某段链路现在有多少比特（容量）
• 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
  

4.6、往返时延RTT

• 往返时延RTT：从发送方发送数据开始，到发生方收到接收方发生的确认信号，总共经历的时间
• 往返时延RTT = 传播时延*2 + 末端处理时间

4.7、利用率

4.7.1、信道利用率

• 信道利用率 = 有数据通过的时间 / (有数据通过的时间+无数据通过的时间)

4.7.2、网络利用率

• 网络利用率：信道利用率加权平均值

五、分层

5.1、为什么要分层

需要解决的问题太多，采用分层处理的思想，每一层只负责解决一种相对独立的功能。

5.2、怎么分层

1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能
2. 每层之前界面清晰，易于理解，尽可能减少各层之间的交互
3. 保存下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务

5.3、法定标准 - 七层OSI参考模型

5.4、实际标准 - 四层TCP/IP参考模型