【计算机网络 - 第一章】计算机网络与因特网

目录

一、计算机网络概念

1、定义

2、计算机网络的组成

3、计算机网络的分类

二、标准化工作及相关组织

1、标准的分类

2、因特网标准形式RFC

3、标准化工作的相关组织

三、性能指标

1、速率

2、带宽（b/s）—— 最高数据率

3、吞吐量（b/s）—— 实际数据率

4、分组交换时延（s）

（1）排队时延中流量强度

（2）排队时延中丢包

5、时延带宽积（b)

6、往返时延RTT

7、利用率

四、三种电路交换

1、电路交换

2、报文交换

3、分组交换

五、分层体系结构

1、五大分层

 2、应用进程间基于网络通信过程

（1）主机到路由器过程

（2）路由器处理

（3）路由器到服务器过程

（4）服务器通过路由器将信息传回主机

 3、OSI参考模型

六、计网体系结构专业术语

1、协议

（1）定义

（2）协议三要素

2、服务

（1）服务访问点和服务原语

（2）协议数据单元PDU与服务数据单元SDU

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一、计算机网络概念

1、定义

       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，计算机网络是互连、自治的计算机集合

2、计算机网络的组成

硬件、软件、协议

（1）计算机工作方式：

• 边缘部分：用户直接使用（C/S方式、P2P方式）
• 核心部分：为边缘部分服务

（2）功能组成：

• 通信子网：实现数据通信，由各种传输介质、通信设备、相应的网络协议
• 资源子网：实现资源共享/数据处理、实现资源共享功能的设备和软件的集合

3、计算机网络的分类

• 按分布范围：广域网（WAN）、城域网（MAN）、局域网（WAN）、个人局域网（PAN）
• 按使用者：公用网、专用网
• 按交换技术：电路交换、报文交换、分组交换
• 按拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型（常用于广域网）
• 按传输技术：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

二、标准化工作及相关组织

1、标准的分类

• 法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准 OSI
• 事实标准：某些公司产品中的协议和技术逐渐成为标准 TCP/IP（TCP：传输控制协议，IP：网际协议）

2、因特网标准形式RFC

由因特网工程任务组IETF研发，请求评论RFC，定义了TCP、IP、HTTP等协议

3、标准化工作的相关组织

• 国际标准化组织ISO
• 国际电信联盟ITU
• 国际电气电子工程师协会IEEE
• 因特网工程任务组IETE

三、性能指标

1、速率

速率即数据传输率、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

• 描述频率、速度时：K=10^3      M=10^6     G=10^9      T=10^12

2、带宽（b/s）—— 最高数据率

表示网络通信线路传送数据的能力

指单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的最高数据率

3、吞吐量（b/s）—— 实际数据率

指单位时间内通过某个网络（信道、接口）的数据量

吞吐量受网络带宽或网络额定速率限制

4、分组交换时延（s）

指数据（报文/分组/比特流）从网络或链路的一端传送到另一端所需的时间，也称延迟或迟延

名称	描述	计算公式
发送时延	数据从主机到链路上所用的时间（又称传输时延）	发送的数据长度/发送速率
传播时延	数据在链路上传播所花费的时间	信道长度/电磁波在信道上传播的速率
排队时延	数据在路由器前等待前面数据处理的时间	无计算方式
处理时延	数据在路由器中处理需求的时间，检测比特级错误，确定输出链路	无计算方式

（1）排队时延中流量强度

• 流量强度=La/R【a指分组到达队列的平均速率，L指分组长度，R指链路传输速率，La指比特到达队列的平均速率】
• 流量强度~0，时延~0
• 流量强度≤1，时延越来越长
• 流量强度>1，时延接近于无穷

（2）排队时延中丢包

• 一条链路前的队列容量有限，一个到达的分组可能发现该缓存已被其他等待传输的分组充满，此时出现分组丢失，将到达的分组或已经排队的分组之一丢弃

使用高速链路(提高网速)，只能减小发送时延，无法d减少其他三个时延

5、时延带宽积（b)

时延带宽积=传播时延×带宽

又称以比特为单位的链路长度，“某段链路有多少比特”

6、往返时延RTT

发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延
RTT=传播时延x2+处理时间(有时可能直接忽略)

7、利用率

• 信道利用率 = 有数据通过时间 / 有+无数据通过时间
• 网络利用率 = 所有信道利用率加权求平均值
• 利用率越高，延迟越大

四、三种电路交换

1、电路交换

• 优点：通信时延小；有序传输；没有冲突；适用范围广；实时性强；控制简单
• 缺点：建立连接时间长；线路独占，使用效率低；灵活性差；难以规格化
• FDM：频分多路复用
• TDM：时分多路复用

2、报文交换

• 优点：无需建立连接；动态分配线路；提高线路可靠性；提高线路利用率；提供多目标服务
• 缺点：引起转发时延；需要大量存储缓存空间；需要传输额外信息

3、分组交换

• 优点：无需建立连接；线路利用率高；简化存储管理；减少出错概率和重发数据量
• 缺点：引起转发时延；需要传输额外信息；对于数据报服务，存在失序、丢失、重复分组问题，对于虚电路服务，存在相关过程

五、分层体系结构

1、五大分层

 2、应用进程间基于网络通信过程

具体过程参考：1.6 计算机网络体系结构（3）—分层思想举例_哔哩哔哩_bilibili

（1）主机到路由器过程

• 应用层按照HTTP协议的规定，创建一个HTTP请求报文，应用层将HTTP请求报文交给运输层

• 运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，使之成为TCP报文段，运输层将TCP报文段交给网络层

• 网络层给TCP报文段添加一个IP首部，网络层将IP数据报交给数据链路层

• 链路层给IP数据报添加首尾部构成帧，链路层将帧交给物理层

• 物理层将帧看作比特流，物理层在比特流变换成相应信号发送到传输媒体

（2）路由器处理

• 信号通过传输媒体传到路由器，路由器的物理层将信号变换为比特流，去掉前导码形成帧交给链路层

• 链路层将帧的首尾部去掉，形成IP数据报交给网络层
• 网络层解析IP数据报的首部，从中提取目的网络的地址，网络层将IP数据报交给链路层
• 链路层添加首尾部形成帧，交给物理层
• 物理层将帧看作比特流，添加前导码，转换成相应信号传给传输媒体

（3）路由器到服务器过程

• 物理层将信号转化为比特流，去掉前导码，形成帧传给链路层
• 链路层去掉首尾部，转化为IP数据报交给网络层
• 网络层将IP首部去掉形成TCP报文段交给运输层
• 运输层将TCP首部去掉形成HTTP请求报文，交给应用层
• 应用层对HTTP报文进行解析，给主机发回HTTP响应报文

（4）服务器通过路由器将信息传回主机

过程如上述相同，不再赘述

 3、OSI参考模型

六、计网体系结构专业术语

1、协议

（1）定义

控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

（2）协议三要素

• 语法：定义所交换信息的格式
• 语义：定义收发双方所要完成的操作
• 同步：定义收发双方的时序关系

2、服务

• 两个对等实体间的逻辑通信使本层可以向上一层提供服务
• 实现本层协议，需要使用下一层提供的服务
• 实体看得见相邻下层提供的服务，但不知实现该服务的具体协议

（1）服务访问点和服务原语

（2）协议数据单元PDU与服务数据单元SDU

• 应用层数据包：报文
• 运输层数据包：TCP报文段、UDP用户数据报
• 网络层数据包：IP数据报（分组）
• 链路层数据包：帧
• 物理层数据包：比特流