计算机网络第一章笔记

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第一章 概述

因特网概述

区别：

• 若干节点和链路互连形成网络
• 若干网络通过路由器互连形成互连网（互联网）
• 因特网是当今世界上最大的互联网

发展的三个阶段：

• 1969年，第一个分组交换网ARPANET
• 1985年，NSFNET（主干网、地区网和校园网）
• 1993年，NSFNET被替代，由各种ISP运营

因特网服务提供者（Internet Service Provider，ISP）
我国主要有：移动，电信，联通
因特网已发展成为基于ISP的多层次结构的互连网络

三种交换方式

电路交换、分组交换和报文交换

电路交换

计算机之间的数据传送是突发式的，当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率一般都会很低，线路上真正用来传送数据的时间往往不到10%甚至1%。

分组交换

优点：

• 没有建立连接和释放连接的过程。
• 分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率。
• 交换节点可以为每一个分组独立选择转发路由，使得网络有很好的生存性。

缺点：

• 分组首部带来了额外的传输开销。
• 交换节点存储转发分组会造成一定的时延。
• 无法确保通信时端到端通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络拥塞。
• 分组可能会出现失序和丢失等问题。

报文交换

特点：

• 在报文交换中，报文被整个地发送，而不是拆分成若干个分组进行发送。
• 交换节点将报文整体接收完成后才能查找转发表，将整个报文转发到下一个节点。
• 因此，报文交换比分组交换带来的转发时延要长很多，需要交换节点具有的缓存空间也大很多。

对比

• 若要连续传送大量的数据，并且数据传送时间远大于建立连接的时间，则使用电路交换可以有较高的传输效率。然而计算机的数据传送往往是突发式的，采用电路交换时通信线路的利用率会很低。
• 报文交换和分组交换都不需要建立连接（即预先分配通信资源），在传送计算机的突发数据时可以提高通信线路的利用率。
• 将报文构造成若干个更小的分组进行分组交换，比将整个报文进行报文交换的时延要小，并且还可以避免太长的报文长时间占用链路，有利于差错控制，同时具有更好的灵活性。

计算机网络的定义和分类

定义

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

分类

交换方式：

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

使用者

• 公用网
• 专用网

传输介质

• 无线网路
• 有限网络
• 广域网
• 城域网
• 局域网
• 个域网

拓扑结构

• 总线型
• 星型
• 环形
• 网状型

计算机网络的性能指标

八个计算机网络性能指标
速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率

速率

比特（bit，记为小写b）是计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。

单位	换算关系
比特b	基本单位
字节B	1B=8bit
千字节KB	KB=2^10B
兆字节	MB=2^20B
吉字节GB	GB=2^30B
太字节TB	TB=2^40B

速率是指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率（Data Rate）或比特率（Bit Rate）。

单位	换算关系
比特/秒 (b/s)	基本单位
千比特/秒	kb/s=10^3 b/s
兆比特/秒	Mb/s=10^6b/s
吉比特/秒	Gb/s=10^9b/s
太比特/秒	Tb/s=10^12b/s

带宽

用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，即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。
单位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）。
数据传送速率 = min [ 主机接口速率，线路带宽，交换机或路由器的接口速率 ]

数据传输率	主机接口速率	线路带宽	交换机或路由器接口速率
1GB/s	1Gb/s	1Gb/s	1Gb/s
100Mb/s	100Mb/s	1Gb/s	1Gb/s
100Mb/s1	1Gb/s	100Mb/s	1Gb/s

注意：木桶效应（短板效应）

吞吐量

吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。吞吐量常被用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据量通过了网络。吞吐量受网络带宽的限制。

时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。 数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。




题目：

时延带宽积

时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

往返时间

往返时间（Round-Trip Time，RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。

利用率

链路利用率是指某条链路有百分之几的时间是被利用的（即有数据通过）。
完全空闲的链路的利用率为零。
网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均。
根据排队论可知，当某链路的利用率增大时，该链路引起的时延就会迅速增加。当网络的通信量较少时，产生的时延并不大，但在网络通信量不断增大时，分组在交换节点（路由器或交换机）中的排队时延会随之增大，因此网络引起的时延就会增大。令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在理想的假定条件下，可用下式来表示D、D0和网络利用率U之间的关系。
$D=\frac{D_0}{1-U}$

丢包率

丢包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。
主要是以下两种情况

• 分组在传输过程中出现误码，被传输路径中的节点交换机（例如路由器）或目的主机检测出误码而丢弃。
• 节点交换机根据丢弃策略主动丢弃分组。

计算机网络体系结构。

OSI，TCP/IP，原理参考

物理层：

• 采用什么传输媒体（介质），
• 采用什么物理接口，
• 采用什么信号表示比特0和1

数据链路层

• 标识网络中各主机（主机编址，例如MAC地址）
• 从比特流中区分出地址和数据（数据封装格式）
• 协调各主机争用总线（媒体接入控制）
• 以太网交换机的实现（自学习和转发帧）
• 检测数据是否误码（差错检测）
• 出现传输差错如何处理（可靠传输和不可靠传输）
• 接收方控制发送方注入网络的数据量（流量控制）

网络层：

• 标识网络和网络中的各主机（网络和主机共同编址，例如IP地址）
• 路由器转发分组（路由选择协议、路由表和转发表）

运输层

• 进程之间基于网络的通信（进程的标识，例如端口号）
• 出现传输差错如何处理（可靠传输和不可靠传输）

应用层

• 通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用
• 进行会话管理和数据表示

专业术语

实体：指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等实体：指通信双方相同层次中的实体。
协议：控制两个对等实体在“水平方向” 进行“逻辑通信”的规则的集合。
服务：在协议的控制下，两个对等实体在水平方向的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。
对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。
同一系统内层与层之间交换的数据包称为服务数据单元（Service Data Unit，SDU）。