计算机网络概述

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title: 计算机网络概述
date: 2023-12-17 22:08:07
tags: 知识总结
categories: 计算机网络

复习笔记总结归纳，排版日后有空再改

计算机网络：利用通信线路和交换设备将地理位置分散的、具有独立功能的多台计算机连接起来，按照某种协议进行数据通信、实现资源共享的信息系统
资源共享：软件、硬件、数据
核心部分：通信线路和交换设备
边缘部分：独立功能的多台计算机

主机A与主机B通信，实际上就是指：进程与进程进行的通信。

主机之间的两者通信方式：
1.C/S 客户/服务器方式
描述的是进程之间服务与被服务的关系
2.P2P 对等连接方式
不区分服务请求方和提供方，运行P2P软件，进行对等连接通信，本质上双方都是客户又是服务器

计算机网络分类
1.分布范围：广域网WAM 跨国，城域网MAN 城市范围，局域网LAN 一个教学楼等，个域网PAN 个人几米范围之内
2.使用者：公用网 专用网
3.拓扑结构 总线型 星型 环型 网状型
4.数据交换：电路交换 报文交换 分组交换
报文交换和分组交换都是存储转发方式（先存再发）

电路交换：通话全部时间，两个用户始终占用端到端的通信资源
缺点：通信线路利用率低

报文：要发送的整块数据称为一个报文

报文交换是整个报文到下一个路由器存储再进行转发，而分组交换是，报文的一个数据段，包，每一个都独立进行存储和转发
分层体系结构

OSI参考模型
实体：每一个层次就叫一个实体
协议：这一层次应该遵守哪些规则
下层为上层提供服务

互联网服务提供者 ISP
所谓的上网，就是通过某ISP 获取所需的IP地址，以通过该ISP接入互联网

计算机网络的性能(重点)
1.速率

数据的传送速率，又叫数据率或者比特率。提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率
单位为 bit/s b/s bps
数据率一般是 B KB MB
速率一般是 b/s kb/s Mb/s

2.带宽

有两种含义，第一种是，某个信号具有的频带宽度，即占据的频率范围单位是赫兹，某信道允许通过的信号频率范围称为该信道的带宽
第二种含义是， 在计算机网络中，带宽用来表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”，表示某通道传送数据的能力，单位为 bit/s

小写单位是1000，大写单位是1024

3.吞吐量

表示在单位时间内通过某个网络（信道、接口）的实际数据量
受网络的带宽或网络的额定速率限制

4.时延

数据（一个报文或分组甚至比特）从网络或链路的一端传送到另一端所需的时间

主要有四部分组成：
(1).发送时延

主机或路由器发送数据所需要的时间，也就是从发送数据的第一个比特算起，到发完该数据的最后一个比特为止所需的时间
计算公式：$\frac{数据帧长度(bit)}{发送速率(bit/s)}$

(2).传输时延

是电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间。
计算公式：$\frac{信道长度(m)}{电磁波在信道上的传播速率(m/s)}$

(3).处理时延
(4).排队时延

总时延 = 发送 + 传播 + 处理 + 排队

5.时延带宽积

传播时延和带宽相乘
链路的时延带宽积表示这样的链路可以容纳多少个比特

6.往返时间RTT

从发送方发送完数据到发送方收到接收方的确认所经过的时间，双向交互一次的时间

有效数据率 = $\frac{数据长度}{发送时间+RTT}$

7.利用率

信道利用率和网络利用率

(1).信道利用率

某信道有百分之几的时间是被利用的
完全空闲的信道的利用率是0

(2).网络利用率

全网络的信道利用率的加权平均值

网络当前的时延 = $\frac{网络空闲的时延}{1-网络当前的利用率}$

当信道利用率增大时，引起的时延迅速增大。

信道利用率或网络利用率过高就会产生非常大的时延，因此一般要控制信道利用率不超过50%，如果超过了，就要准备扩容，增大线路的宽度

丢包率

分组丢失率，在一定时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率

计算机网络的非性能特征
1.费用 2.质量 3.标准化 4.可靠性 5.可扩展性和可升级性 6.易于管理和维护等

计算机网络体系结构
五层协议的体系结构
(1).应用层

通过应用进程的交互来完成特定网络应用
交互的数据单元：报文
常用协议：域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议

应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则，对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议

(2).运输层

为两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务(通用：多种应用可以使用同一个运输层服务)
复用：多个应用层可同时使用下面运输层的服务
分用：运输层把收到的信息分别交付上面的应用层中的相应过程
主要协议：传输控制协议TCP(提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单元是报文段)
用户数据报协议UDP(提供无连接的尽最大努力的数据传输服务，但不保证数据传输的可靠性，其数据传输的单元是用户数据报)

报文段通常指起始点和目的地都是传输层的信息单元，数据报指面向无连接的数据传输，分别对于TCP和UDP，艺可称他们为数据段

(3).网络层

负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务
数据单元：分组或数据报
常用协议：忘记协议IP和许多路由选择协议

(4).数据链路层

在两个相邻的节点之间传送数据帧(将网络层下来的IP数据报组装成帧，每一帧包括数据和必要的控制信息)。
常用协议：PPP、CSMA/CD等
如发现错误，就简单的丢弃出错的帧

(5).物理层

任务：实现比特(0/1)的传输
数据单元：比特