Chapter 1 —— 概论

计算机网络 2024-03-10 14:01 120 0

计算机网络在学什么？

· 通信：数据如何从一个实体传输到另一个实体？

· 服务：用户能利用网络做什么？

· 如何解决通信问题——分层解决：

· 如何提供服务——应用层提供：

· 按层次来学习，根据计算机网络的7层体系结构与TCP/IP的4层体系结构，我们归纳出学习计算机网络的5层原理体系结构：

· 之后，我们会根据每个层要解决什么问题，用了些什么协议，提供了什么服务来分析计算机网络。

· 每一层通过自己的协议来为高一层提供服务，如数据链路层通过自己的协议为网络层提供服务；最终，应用层为用户提供服务。

· 互联网的核心部分中最重要的就是采用了分组交换的技术。

· 典型的交换技术有电路交换、分组交换和报文交换。

· 电路交换：

· 分组交换：

分组交换采用存储转发的技术，在发送端，先把较长的报文划分成较短的，固定长度的数据段。
然后，在每个数据段前面添加首部（Header）来构建分组，这个首部里包括了各种解析数据的重要信息，如多少比特数据为一组，组的顺序，所使用的协议等。
然后，把分组一个一个地依次发送出去。
最后，接收端在收到分组的信息后，去除首部并还原成报文。
具体来说，第3步的发送是怎么发的呢？采用的是存储、转发的方式。
首先，路由器接收到分组信息后，把收到的分组放入缓存；然后查找转发表，找到某个目的地址应该从哪个端口转发；最后把分组送到适当的端口转发出去。
同时，每个分组所走的路线可以动态选择，可基于负载均衡等场景选择最佳路线。
分组交换的优点有：
· 高效：分组传输过程中动态分配带宽，对通信链路的占用是逐段而不是整段。
· 灵活：每一个分组可以独立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它主机发送分组。
· 可靠：拥有可靠的网络协议；分布式多路由的分组交换网提高了生存性。
分组交换带来的问题：
· 分组在各存储节点转发时需要排队，这必然造成时延。
· 分组必须携带首部，也会造成一定开销。

· 报文交换：

· 通过比较三种交换方式，我们发现，分组交换最适合计算机网络传输：

· 我们可以按照网络的作用范围对计算机网络进行分类：

· 也可以按照网络的使用者进行分类：

· 速率：指的是数据的传输速率，单位是bit/s，kbits/s，Mbits/s，Gbits/s等；速率往往指的是额定速率，并非实际运行速率。

· 带宽（bandwidth）：在计算机网络中，用于表示某通道传输数据的能力，表示在单位时间内网络中某信道所能通过的最高数据率。说人话就是最高网速。

· 吞吐量（throughput）：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率限制。

· 时延（delay/latency）：数据（一个报文/分组/比特）从网络一端传送到另一端所需的时间。

发送时延：也称传输时延，是从发送数据帧的第一个比特起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间，说人话就是数据从主机的网卡传到网线上去所要的时间。计算公式为数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s)。
传播时延：数据传到网线上去的时候以电磁波的形式传输，电磁波在信道中传输一定距离所花费的时间就是传播时延。计算公式为信道长度(m)/信号在信道上传播速率(m/s)。
处理时延：主机或路由器在接收到分组的时候，为处理分组所耗费的时间。
排队时延：分组在路由器输入输出队列中排队等待处理所消耗的时间。