计算机网络概述

一、互联网的组成

• 计算机网络是由若干个结点和连接这些结点的链路组成的，网络中的节点可以是计算机、路由器、集线器或交换机等。
• 互连网是网络的网络，网络之间通过路由器相互连接，构成互连网。

 

 

• 互联网的组成包括核心部分和边缘部分
  • 核心部分由大量网络和路由器组成，为边缘部分提供连通性和资源交换，路由器是实现分组交换的关键构建，用于转发分组信息
  • 边缘部分由所有连接在互连网上的主机组成，由用户直接适用，用来进行通信和资源共享
• 计算机之间的通信方式　
  • 客户-服务器方式C/S
    • 客户端的程序被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器请求服务，客户端必须知道服务器地址和端口号，不需要特殊的硬件和复杂的操作系统
    • 服务器的程序专门提供特殊服务，可以同时处理多个远地或来自本地客户的请求，系统启动后等待客户端的请求服务，服务器不需要知道客户端的地址，需要强大的硬件和高级操作系统支撑
  • 对等连接方式P2P
  • 特点：任意两台主机在通信时不区分哪一个是服务器，哪一个是客户端，都可以作为发送方和接收方，支持大量对等用户同时工作
• 计算机网络的分类（网络的作用范围）
  
  • 广域网WAN，作用范围几十到几千km
  • 城域网MAN，作用范围5~50km
  • 局域网LAN，作用范围1km左右
  • 个人局域网PAN，作用范围10m

二、分组交换

• 电路交换： 一种必须经过“建立连接”（占用通信资源）--通话（持续占用通信资源）--释放连接（归还通信资源）的方式，在连接通话的全部时间内，通话的两个用户持续占用端到端的通信资源，其余端口无法接通占用的端口，传输效率低
• 分组交换：采用存储转发技术，将传送的报文划分为多个等长的数据段，并加上必要的控制信息，形成在互联网中传送的数据单元（分组）
• 存储转发过程：路由器收到一个分组后暂时存储，检查其首部信息，查找转发表，按照首部的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给笑一个路由器，经过不断的存储转发，把分组交给最终的目的主机。
• 分组交换的优点
  • 高效，在分组传输中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用
  • 灵活，为每一个分组独立的选择最合适的转发路由
  • 迅速，以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
  • 可靠，拥有可靠的网络协议，分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性
• 分组交换的缺点
  
  • 时延，分组在各路由器存储转发时需要排队等待造成时延
  • 额外的开销，划分每个分组时需要携带必要的控制信息，分组交换网需要专门的管理和控制机制
• 电路交换VS报文交换VS分组交换
  
  • 电路交换---整个报文的比特流连续的从源点直接到达终点，持续占用通信通道
  • 报文交换---整个报文先传送到相邻结点，全部存储后在查找转发表，转发到下一个结点
  • 分组交换---单个分组传送到相邻结点，短暂存储后查找转发表，转发到下一个结点
  • 若要连续传送大量数据且传送时间远远大于连接时间，则选用电路交互传输效率快
  • 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传输突发数据是可以提高整个网络的信道利用率，而分组的长度往往小于报文完整长度，因此分组交换造成的时延小，灵活性高

三、计算机网络的性能指标

1.性能特征

• 速率：连接在计算机网络上的中级在数字信道上产送数据位数的速率，也叫数据率或比特率（bit/s），数据以字节为单位，速率以比特为单位
• 带宽： 数字信道所能传送的最高数据率，即一次传送的最大数据率 （bit/s）
• 吞吐量：单位时间内通过某个网络的实际数据量，受带宽和网路速率的限值   （bit/s）
• 时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延
  • 发送时延（传输时延）：从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个字节发送完毕的时间.对于一定网络发送时延与发送帧长成正比，与发送速率成反比，与传输信道长度（传输距离）无关

发送时延（传输时延）=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）

• • 传播时延：指信号在信道中传播一定距离花费的时间，只与传输信道长度有关

　　　　传播时延=信道长度（m）/在该信道上的传播速率（m/s）

• • 处理时延：主机或路由器在收到分组后花费的时间
  • 排队时延：分组在进入和离开路由器前在输入输出队列中的排队时间，取决于网络当时的通信量

 

 

•  时延带宽积：以比特为单位的链路长度

　　时延带宽积=传播时延*带宽

• 往返时间RTT：从发送端发送数据开始到发送发接收到接收方接受数据的确认信息的这段时间
• 利用率
  • 信道利用率：某个信道有百分之几的时间是被利用的，完全空闲的信道利用率是0，取值范围0~1

　　　　信道利用率U=有效数据通过时间/（有效+无效）数据通过时间

• • 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值

　　　　D=D₀/1-U

　　　　　　D--网络当前时延

　　　　　　D₀--网络空闲时延

　　　　　　U--信道利用率

 

当信道或网络利用率过高时会产生非常大的时延，时延急剧增大

 

2.非性能特征

　　计算机的非性能特征主要包括费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于维护和管理。

四、计算机体系结构

OSI七层网络模型和TCP/IP五层协议模型

 

• 应用层---通过应用程序间的交互完成特定网络应用服务，应用层协议主要包括域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议，应用层叫的数据单元叫报文。
• 传输层---负责向两台主机中进程之间的通信提供数据传输服务，主要有传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP。其中TCP提供面向连接的、可靠的数据传输服务，数据传输单位是报文段，而UDP 提供无连接的、尽最大努力交付的数据传输服务，不保证数据传输的可靠性，数据传输的单位是用户数据报
• 网络层---为分组交换网上的不同主机提供通信服务，把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送，遵循IP协议
• 数据链路层---将网络层的IP数据报组装成数据帧，在两个相邻结点间的链路上传送，每一段帧包括数据和必要的控制信息，有差错控制检验和可靠传输协议纠错
• 物理层---电信号或光信号转为比特流形式传递数据的互相转换，物理层需要考虑传送的电压，硬件设备等