因特网概述

一、因特网概述

1.网络，互联网和因特网

/*
1.网络(Metwork)由若干结点(Node)和连接这些结点的链路（Link)组成
​
2.多个网络可以通过路由器互连起来，就构成了一个更大的网络，即互联网
所以互联网是网络的网络（Network of Networks)
​
3.因特网（Internet)是世界上最大的互联网络
​
4.internet(互联网-互连网)是一个通用名词，泛指多个计算机网络互连而成的网络，在这些网络之间的通信协议可以是任意的
Internet（因特网）则是一个专有名词，指全球最大，开放的，由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议簇作为通信的规则，其前身是美国的ARPANFT
*/

2.因特网服务提供者

ISP-Internet Service Provider

比如中国移动，电信，联通

/*
基于ISP的三层结构的因特网
​
第一层ISP：国际性区域-主干网
第二层ISP：区域性或国家性覆盖规模-地区网
第三层ISP：本地范围-校园网或者企业网
​
*/

3.因特网的组成

/*
1.边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成，这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据，音频或视频）和资源共享
​
2.核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）
*/

二、三种交换方式

1.电路交换

Circuit Switch

/*
1.电话交换机接通电话线的方式称为电路交换
2.从通信资源的分配角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源
​
3.电路交换的三个步骤：
    1.建立连接（分配通信资源）
    2.通话（一直占用通信资源）
    3.释放连接（归还通信资源）-类似与挂断电话
    
4.当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低 
​
5.特点：整个报文的比特流连续地从源点到达终点，好像在一条管道中传送
​
*/
​
优点：
/*
1.通信时延小
2.有序传输
3.没有冲突
4.适用范围广
5.实时性强
6.控制简单
*/
    
缺点：
/*
1.建立连接时间长
2.线路独占，使用效率低
3.灵活性差
4.难以规格化
*/

2.分组交换

Packet Switching

1.数据分成较短的固定长度的数据块，在每个数据块中加上目的地址，源地址等辅助信息组成分组（包），以存储-转发方式传输。    
​
/*
1.发送方：构造分组，发送分组
2.路由器：缓存分组，转发分组
3.接收方：接收分组，还原报文
*/
优点：
/*
1.无需建立连接
2.线路利用率高
3.简化了存储管理
4.加速传输
5.减少出错概率和重发数据量
*/
    
缺点：
/*
1.引发了转发时延
2.需要传输额外的信息量
3.对于数据报服务，存在失序，丢失或重复分组的问题；对于虚电路服务，存在呼叫建立，数据传输和虚电路释放三个过程
*/
​

3.报文交换

Message Switching

1.用户数据加上源地址，目的地址，校检码等辅助信息，然后封装成报文，整个报文传送到相邻结点，全部存储后，再转发给下一个结点
2.所以也叫存储-转发网络    
​
优点：
/*
1.无需建立连接
2.动态分配线路
3.提高线路可靠性
4.提高线路利用率
5.提供多目标服务
*/
    
缺点：
/*
1.引起了转发时延
2.需要较大存储缓存空间
3.需要传输额外的信息量
*/    

三、计算机网络的定义和分类

1.定义

/*
1.计算机网络最简单的定义就是：一些互相连接的，自治的计算机的集合
​
2.互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信
​
3.自治：是指独立的计算机，他有自己的硬件和软件，可以单独运行使用
​
4.集合：是指至少需要两台计算机
​
*/

2.分类

/*
1.按交换技术分类：
    1.电路交换网络
    2.报文交换网络
    3.分组交换网络
    
2.按使用者分类：
    1.公用网
    2.专用网
    
3.按传输介质分类：
    有线网络
    无线网路
    
4.按覆盖范围分类：
    广域网WAN
    城域网MAN
    局域网LAN
    个域网PAN
    
5.按拓扑结构分类：
    1.总线型网络
    2.环形网络
    3.星型网络
    4.网状型网络
*/

四、计算机网络的性能指标

1.性能指标

/*
1.性能指标可以从不同的方面来度量计算机网络的性能
2.常用的性能指标有以下8个：
	1.速率
	2.带宽
	3.吞吐量
	4.时延
	5.时延带宽积
	6.往返时间
	7.利用率
	8.丢包率
*/

2.速率

/*
1.比特：计算机中数据量的单位，也是信息论中信息量的单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或者0
2.常用的数据量单位：
	8bit=1Byte
	1B=8bit 1个字节有8个位
	1KB=2^10B=1024B
	1MB=1K KB=1024KB=2^20B
	1GB=1024MB
	1TB=1024GB
	
3.速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也叫作比特率或者数据率

4.常用数据率单位：
	bit/s (b/s bps)
	kb/s=10^3 b/s
	Mb/s=k kb/s=10^3*10^3b/s=10^6b/s
	Gb/s=10^3Mb/s
	Tb/s=10^3Gb/s
	
5.例题:有一个待发送的数据块，大小为100MB，网卡的发送速率为100Mbps,则网卡发送完该数据块需要多长时间？
	100MB/100Mb/s=MB/Mb/s
	2^20*8 bit/10^6b/s=8.388608s
	
*/

3.带宽

/*
1.带宽在模拟信号系统中的意义：
	信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围
2.单位：
	Hz(kHZ,MHz,GHz)
	
3.带宽在计算机网络中的意义：
	用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”
	
4.单位：
	b/s(kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s)
	
5.其实，“带宽”的这两种表示之间有密切的联系，一条通信钱路的“频带宽度”越宽，其所能够传输数据的“最高数据率”也越高	
*/

4.吞吐量

/*
1.吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道，接口）的数据量
2.吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络
3.吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制
*/

5.时延

/*
1.发送时延
2.传播时延
3.处理时延-一般忽略不计（不太好计算）
4.网络时延

5.例题：数据块长度为100MB，信道带宽为1Mb/s,传送距离为1000km,计算发送时延和传播时延
	发送时延=分组长度（b)/发送速率（b/s)=100*2^20*8(b)/10^6(b/s)=838.8608s
	
	传播时延=信道长度(m)/电磁波传播速率(m/s)=1000*10^3(m)/2*10^8(m/s)=0.005s
所以是发送时延占主导

电磁波传播速率(m/s)：自由空间-3*10^8
				  铜线-2.3*10^8
				  光纤-2.0*10^8

*/

6.时延带宽积

/*
1.时延带宽积=传播时延*带宽

2.如果发送端连续发送数据，则所发送的第一个比特即将抵达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特

3.链路的时延带宽及又叫做：以比特为单位的的链路长度

*/

7.往返时间

/*
1.很多时候，因特网上的信息不仅仅是单方向传输，而是双向交互
2.我们有时需要知道双向交互一次所需要的时间
3.因此，往返时间RTT（Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标
*/

8.利用率

/*
1.信道利用率：用来表示某个信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）
2.网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均

3.根据排队论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加
4.因此信道利用率并非是越高越好
5.令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式来表示D,D0和利用率U之间的关系
	D=D0/(1-U)
	1.当网络的利用率达到50%时，时延就要加倍
	2.当网络的利用率超过50%时，时延就会急剧增大
	3.当网络的利用率接近100%，时延就趋于无穷大
	4.因此，一些拥有较大主干网的ISP通常会控制信道利用率不超过50%，如果超过了，就要准备扩容了，增大线路的带宽
	5.也不能使信道利用率太低，这会使宝贵的通信资源白白浪费。要动态地调整输入到网络中的通信量
*/

9.丢包率

/*
1.丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率
2.丢包率具体可以分为：接口丢包率，结点丢包率，链路丢包率，路径丢包率，网络丢包率等

3.分组丢失主要有两种情况：
	1.分组在传输过程中刚出现误码，被结点丢弃
	2.分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃，在通信量较大时就可能赵成网络拥塞
	
4.因此，丢包率反映了网络的拥塞情况
	无拥塞-路径丢包率0
	轻度拥塞-路径丢包率1%-4%
	严重拥塞-路径丢包率5%-15%
*/