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第一章 概述

考点

• 电路交换、报文交换和分组交换的区别需要知道
• 性能指标需要了解是什么，反映了什么内容
• 时延的计算很重点
• 层次结构别弄混

1. 计算机网络概述

1.1 发展历史

（1）ARPANET -> 互联网（internet） -> 因特网（Internet）

互联网英文是小写，因特网英文是大写。

（2）三级结构因特网

（3）多层次ISP结构

ISP：因特网服务提供者/因特网服务提供商，是一个向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的公司，如中国电信、中国联动、中国移动等。分为主干ISP、地区ISP和本地ISP。

1.2 定义和功能

计算机网络： 利用通信线路和交换设备（核心部分）将地理位置分散的、具有独立功能的多台计算机（边缘部分）连接起来，按照某种协议进行数据通信、实现资源共享的信息系统。

资源： 包含软件、硬件和数据

1.3 分类

（1）按分布范围： 广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个域网PAN

（2）按使用者： 公用网、专用网

（3）按拓补结构： 总线型、星型、环型、网状型

（4）按数据交换技术： 电路交换、报文交换、分组交换

其中报文交换和分组交换都是存储转发方式。

1. 传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
2. 当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。
3. 从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

2. 分层体系结构

2.1 OSI参考模型（ISO提出）

协议： 语法+语义+同步，每个对等实体之间用协议互相访问

SAP服务访问点： 每两层之间通过SAP接口进行访问

OSI七层对应的功能：

• 应用层： 所有能和用户交互产生网络流量的程序。
• 表示层： 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。
• 会话层： 负责会话建立，向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。
• 传输层： 负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。
• 网络层： 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
• 数据链路层： 主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。
• 物理层： 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。

2.2 TCP/IP参考模型

OSI 和 TCP/IP 的区别：

1. OSI 定义三点：服务、协议、接口。
2. OSI 先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议。
3. TCP/IP 设计之初就考虑到异构网互联问题，将 IP 作为重要层次。
4. TCP/IP 一开始就对面向连接服务和无连接服务并重，而 OSI 在开始时只强调面向连接这一种服务。

3. 性能指标

1.1 速率

速率是指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。是计算机网络中最重要的一个性能指标。当数据率较高时，就常常在 bit/s 的前面加上一个字母。速率往往是指额定速率或标称速率，并非网络上实际上运行的速率。

1.2 带宽

本意是指某个信号具有的频带宽度在计算机网络中，带宽指网络的通信线路传送数据的能力（单位时间内从网络中的某一个点到另外一个点所能通过的最高数据率，带宽的单位为 bit/s）。

1.3 时延

时延是指数据从网络一端传到另一端所需的时间。

时延的计算：

（1）发送时延：发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）

（2）传播时延：传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）

（3）处理时延题目中会给出。

（4）排队时延和处理时延一般题目都会忽略不计。

（5）总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

（6）时延带宽积=传播时延*带宽

（7）带宽时延积=带宽×(距离/传播速率）(也指传播信道上比特数目最大的数值）

1.4 利用率

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，网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值，信道利用率并非越高越好。

利用率：D_o表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，网络当前的利用率为U，则：D=D_o/(1-U)

1.5 往返时间

往返时延 RTT (Round-Trip Time) 表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。

往返时间RTT：发送时间=数据长度/发送速率；有效数据率=数据长度/(发送时间+RTT)

1.6 丢包率

分组丢包率就是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比例。

1.7 吞吐量

吞吐量表示单位时间内通过某个网络（通信线路、接口）的实际的数据量。吞吐量受制于带宽或者网络的额定速率。