《深入浅出计算机网络》第一章 概述

Channing Hsu
  2023-08-03 09:06:32 2023-08-03 09:06:32 创建   2024-12-03 01:50:49 2024-12-03 01:50:49 更新      2k 字  6 分钟  

1.1 因特网概述

  1. 若干节点和链路互连形成网络

  2. 若干网络通过路由器互连形成互连网（互联网）

  3. 因特网是当今世界上最大的互联网

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1.2 电路交换、分组交换和报文交换

电路交换

由于链路一直存在，占用资源，导致线路传输效率一般都会很低。

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分组交换

将 h1 的数据传输到 h3 的设备上来，考虑到中间交换机的缓存容量，所以采用报文的方式，将长数据分解成一段段的带首部的短数据。

分组交换网中的节点先缓存短数据，然后从首部中提取出目的地址，按照目的地址查找自己的转发表，找到相应的转发接口后，将分组转发出去把分组交给下一个转发节点，经过多个节点的存储转发后，分组最终转发到目的主机。

主机 h3 接收到数据后，去掉首部，将各数据段组合还原出原始报文。

优点

  • 没有建立连接和释放连接诶的过程
  • 分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率。
  • 交换节点可以为每一个分组独立选择转发路由，使得网络有很好的生存性。

缺点

  • 分组首部带来了额外的传输开销。
  • 交换节点存储转发分组会造成一定的时延。
  • 无法确保通信时端到端通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络拥塞
  • 分组可能会出现失序和丢失等问题。

报文交换

  • 报文交换是分组交换的前身。
  • 在报文交换中，报文被整个地发送，而不是拆分成若干个分组进行发送。
  • 交换节点将报文整体接收完成后才能查找转发表，将整个报文转发到下一个节点。
  • 因此，报文交换比分组交换带来的转发时延要长很多，需要交换节点具有的缓存空间也大很多。

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  • 若要连续传送大量的数据，并且数据传送时间远大于建立连接的时间，则使用电路交换可以有较高的传输效率。然而计算机的数据传送往往是突发式的，采用电路交换时通信线路的利用率会很低。
  • 报文交换和分组交换都不需要建立连接（即预先分配通信资源），在传送计算机的突发数据时可以提高通信线路的利用率。
  • 将报文构造成若干个更小的分组进行分组交换，比将整个报文进行报文交换的时延要小，并且还可以避免太长的报文长时间占用链路，有利于差错控制，同时具有更好的灵活性。

1.3 计算机网络的定义和分类

1.3.1 计算机网络的定义

现阶段计算机网络的一个较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

  • 可编程的硬件：不限于计算机，而是包括了智能手机、具有网络功能的传感器以及智能家电等智能硬件，这些硬件一定包含有中央处理单元（CPU）。
  • 各类应用：计算机网络并非只用来传送数据，而是能够基于数据传送，进而实现各种各样的应用，包括今后可能出现的各种应用。

1.3.1 计算机网络的分类

  • 交换方式：电路交换、报文交换、分组交换

  • 使用者：公用网（因特网）、专用网（军队、铁路、电力、银行）

  • 传输介质：有线网络、无线网络

  • 覆盖范围：

    • 广域网（WAN）：几十~几千千米
    • 城域网（MAN）：5~50千米
    • 局域网（LAN）：1千米
    • 个域网（PAN）：10米

  • 拓扑结构

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1.4 计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标被用来从不同方面度量计算机网络的性能，常用的八个计算机网络性能指标：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率。

  • 比特（bit，记为小写b）是计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。
  • 数据量的常用单位有字节（byte，记为B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字（TB）
  • 速率是指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率（Data Rate）或比特率（Bit Rate）
    • 速率的基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）。
    • 速率的常用单位有
      • 千比特/秒（kb/s或kbps）
      • 兆比特/秒（Mb/s或Mbps）
      • 吉比特/秒（Gb/s或Gbps）
      • 太比特/秒（Tb/s或Tbps）

1.4.1速率

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1.4.2 带宽

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1.4.3 吞吐量

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1.4.4 时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。 数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。

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1.4.5 时延带宽积

时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

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1.4.6 往返时间

往返时间（Round-Trip Time，RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。

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1.4.7 利用率

1.5 计算机网络的体系结构

1.5.1 常见的三种计算机网络体系结构

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1.5.2 计算机网络体系结构分层的必要性

计算机网络是个非常复杂的系统，“分层”可将庞大复杂的问题转化为若干较小的局部问题。

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物理层

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数据链路层

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网络层

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运输层

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应用层

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1.5.3 计算机网络体系结构分层思想举例

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1.5.4 计算机网络体系结构中的专用术语

实体

  • 实体是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
  • 对等实体是指通信双方相同层次中的实体。
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协议

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服务

  • 在协议的控制下，两个对等实体在水平方向的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。
  • 协议是“水平”的，而服务是“垂直”的。实体看得见下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。下层的协议对上层的实体是“透明”的。
  • 在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点SAP，它被用于区分不同的服务类型。帧的“类型”字段、IP数据报的“协议”字段，TCP报文段或UDP用户数据报的“端口号”字段都是SAP。
  • 上层要使用下层所提供的服务，必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。
  • 对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。同一系统内层与层之交换的数据包称为服务数据单元（Service Data Unit，SDU）。

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目录
《深入浅出计算机网络》第一章 概述
  1. 1.1 因特网概述
  2. 1.2 电路交换、分组交换和报文交换
    1. 电路交换
    2. 分组交换
    3. 报文交换
  3. 1.3 计算机网络的定义和分类
    1. 1.3.1 计算机网络的定义
    2. 1.3.1 计算机网络的分类
    3. 1.4 计算机网络的性能指标
    4. 1.4.1速率
    5. 1.4.2 带宽
    6. 1.4.3 吞吐量
    7. 1.4.4 时延
    8. 1.4.5 时延带宽积
    9. 1.4.6 往返时间
    10. 1.4.7 利用率
  4. 1.5 计算机网络的体系结构
    1. 1.5.1 常见的三种计算机网络体系结构
    2. 1.5.2 计算机网络体系结构分层的必要性
    3. 物理层
    4. 数据链路层
    5. 网络层
    6. 运输层
    7. 应用层
    8. 1.5.3 计算机网络体系结构分层思想举例
    9. 1.5.4 计算机网络体系结构中的专用术语