计算机网络（2）

计算机网络

该博客为个人学习计算机网络时候做的一些笔记，作者水平很有限，如有错误和理解不对之处，欢迎指出！！！谢谢谢谢！！！

学习课本以及资料为谢希仁老师的《计算机网络（第七版）》以及《自顶向下》。课程为韩立刚老师的视频，强推该老师视频，很棒棒~

• 一大波概念即将来袭

网络的性能特性

带宽

两种不同意义：

1. “带宽”(bandwidth) 本来是指信号具有的频带宽度，其单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
2. 在计算机网络中，带宽用来表示网络中某通道传送数据的能力。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”。单位是 bit/s，即 “比特每秒”。

在“带宽”的上述两种表述中，前者为频域称谓，而后者为时域称谓，其本质是相同的。也就是说，一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高。

速率

1. 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
2. 比特（bit）来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。
3. 速率是计算机网络中最重要的一个性能指标，指的是数据的传送速率，它也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。
4. 速率的单位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s等。
   例如4 *10^10 bit/s 的数据率就记为 40 Gbit/s。
5. 速率往往是指额定速率或标称速率，非实际运行速率。

带宽和速率两者之间的区别

很显然，这两者的单位都是bit/s，很容易让人混淆。这里，我们尝试对他们有个更加清晰的区分认识，在学习的时候发现了一个思路，就是从他的英文单词出发。速率是Date rate，带宽是Bandwidth。其中，速率平时被人们提及的次数很有限，而带宽这个词却常常被人挂在嘴边，包括我那个天天抱怨打王者卡顿的小老弟。

速率，更多的是硬件的数据。就是说这个通道本身所能承载的最大信息传输速度。

带宽，这有着更多可以做文章的空间。比如从服务器到客户机之间的传输，他们之间可能不止一条管道，它们之间的传输能力我们用带宽来表示。因为我们指的不是两者间某一条管道的传输速度，而是两者间的传输速度。

吞吐量

1. (throughput) 表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
2. 吞吐量更经常地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网络的额定速率的限制。

也就是说，吞吐量这个概念它包括了下载和上传的全部数据，如果下载和上传的带宽都是100M，那么吞吐量就是200M。

时延

1. 时延 (delay 或 latency) 是指数据（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。

2. 有时也称为延迟或迟延。

3. 网络中的时延由以下几个不同的部分组成：

   1. 发送时延：

      1. 也称为传输时延。
      2. 发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。
      3. 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
      4. 发送时延 =数据帧长度（bit) / 发送速率（bit/s)
      5. 这个就好比时坐火车，火车离开出发站的时间，和火车长度和火车速度有关。就是那个小学数学题里火车头火车尾那玩意。

      信号的发送速率和传播速率很不一样

   2. 传播时延

      1. 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
      2. 发送时延与传播时延有本质上的不同。
      3. 信号发送速率和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
      4. 传播时延 = 信道长度（米）/ 信号在信道上的传播速率（米/秒）
      5. 这个就好比火车尾巴刚离开出发站到火车完全进入目的站的时间。和底线长度以及火车速度有关。

   3. 处理时延

      1. 主机或路由器在收到分组时，为处理分组（例如分析首部、提取数据、差错检验或查找路由）所花费的时间。
      2. 这个不就是火车的检票嘛

   4. 排队时延

      1. 分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所经历的时延。
      2. 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。
      3. 这个不就是检票出站时候的排队嘛

      所有时间加载一块，就是总的时延，而在总的时延中，到底是哪个时延占主导，这要看具体情况来分析。

容易错误的概念

1. 对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。
2. 提高链路带宽减小了数据的发送时延。

时延带宽积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

就是该通道被填满了，一点点都没有浪费的时候，所传播的比特数

往返时间

1. 互联网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的。因此，有时很需要知道双向交互一次所需的时间。
2. **往返时间 RTT (round-trip time) **表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。
3. 在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。
4. 当使用卫星通信时，往返时间 RTT 相对较长，是很重要的一个性能指标。延迟比较大，但是带宽非常高。就比如说，我的冰冰在做现场采访时，转播室的主持人说一句话，冰冰要等一两秒才能听到。

信道利用率

1. 分为信道利用率和网络利用率。
   1. 信道：一个发送端一个接收端加上中间的通路，成为一个信道
   2. 网络：网络的出发点是网卡，它和所有信道有关
2. 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
3. 完全空闲的信道的利用率是零。
4. 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
5. 信道利用率并非越高越好。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。（如果路上一眼看过去全是车，铁定堵死了）

时延与网络利用率的关系

1. 根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。
2. 若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0 之间的关系：

其中：U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。

网络的非性能特性

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