计算机网络基础知识总结（一）概述

一、概述

1.1 基础

1）三大网络：电信网络、有线电视网络和计算机网络。

2）计算机网络（简称网络）由若干个结点和连接这些结点的链路组成。

3）internet和Internet的区别

• 以小写字母i开始的internet（互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。

• 以大写字母I开始的Internet（互联网，或因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

4）ISP：互联网服务提供者ISP（InternetService Provider）。在许多情况下，ISP就是一个进行商业活动的公司，因此ISP又常译为互联网服务提供商。例如，中国电信、中国联通和中国移动等公司都是我国最有名的ISP。

1.2 互联网的组成

1）边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。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）。

3）在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类

• 客户-服务器方式（C/S方式）：客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

• 对等方式（P2P方式）：对等连接（peer-to-peer），简写为P2P。是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。

4）在网络核心的三种交换

• 电路交换：面向连接。

• 报文交换：无连接、存储转发。

• 分组交换：无连接、存储转发。（要点： 报文分组，加首部；经路由器存储转发；在目的地合并）

5）不同类别的计算机网络

• 按照网络的作用范围进行分类
  • 广域网WAN（Wide Area Network）
  • 城域网MAN（Metropolitan Area Network）
  • 局域网LAN（Local Area Network）
  • 个人区域网PAN（Personal Area Network）
• 按照网络的使用者进行分类
  • 公用网（public network）
  • 专用网（private network）

1.3 计算机网络的性能

1）速率：当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而并非网络实际上运行的速率。（单位：bit/s）

2）带宽：两种含义。

• 带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。（单位：赫、千赫、兆赫、吉赫等）
• 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，因此网络带宽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：bit/s）

3）吞吐量（throughput）：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量。（单位：bit/s）

4）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。由四部分组成。（单位：s）

• 发送时延（transmission delay）：是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，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。注意这时帧还没完全进入信道，还在机器内部的发送器中。

  计算公式： $发送时延 = {\frac{数据帧长度(bit)}{发送速率(bit/s)}}$发送时延=发送速率(bit/s)数据帧长度(bit)​。（这里发送速率其实可以看做是带宽）

• 传播时延（propagation delay）：是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

  计算公式： $传播时延 = {\frac{信道长度(m)}{电磁波在信道上的传播速率(m/s)}}$传播时延=电磁波在信道上的传播速率(m/s)信道长度(m)​。

• 处理时延：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。

• 排队时延：分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。

• 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

5）时延带宽积：把以上讨论的网络性能的两个度量传播时延和带宽——相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积，即时延带宽积 = 传播时延 x 带宽。

6）往返时间RTT（Round-Trip Time）：往返时延。

7）利用率：利用率有信道利用率和网络利用率两种。

• 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）。完全空闲的信道的利用率是零。

  计算公式：$S = {\frac{T}{(T + RTT)}}$S=(T+RTT)T​。S是信道利用率，T是发送时延，RTT是往返时延，忽略处理时间和发送确认分组时间。

• 网络利用率：是全网络的信道利用率的加权平均值。

  计算公式： $D = {\frac{D_0}{1-U}}$D=1−UD0​​。D是网络当前的时延，$D_0$D0​是网络空闲时的时延，U是网络利用率。

1.4 计算机网络体系结构

1）网络协议三要素

• 语法：即数据与控制信息的结构或格式。

• 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。

• 同步：即事件实现顺序的详细说明。

2）体系结构

3）协议和服务

首先，协议的实现保证了能够向上一层提供服务。使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。

其次，协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。