計算機網絡（二）

學習計算機網絡過程中的心得體會以及知識點的整理，方便我自己查找，也希望可以和大家一起交流。

—— 計算機網絡類別與性能 ——

1. 計算機網絡定義與類別

1.1 計算機網絡的定義

計算機網絡的精確定義並未統一。
較好的定義：
計算機網絡主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件並非專門用來實現某一特定目的（例如，傳送數據或視頻信號）。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數據，並能支持廣泛的和日益增長的應用。

1.2 計算機網絡的定義解讀

根據這個定義：
1. 計算機網絡所連接的硬件，並不限於一般的計算機，而是包括了智能手機。
2. 計算機網絡並非專門用來傳送數據，而是能夠支持很多種的應用（包括今後可能出現的各種應用）。
3. 類似於打印機不能算作計算機網絡，因爲它不是通用的且只能用於打印。

1.3 計算機網絡的類別

計算機網絡有多種類別。典型包括：

按網絡的作用範圍進行分類
按網絡的使用者進行分類
用來把用戶接入到互聯網的網絡

1.3.1 按網絡的作用範圍進行分類

廣域網 WAN (Wide Area Network)

作用範圍通常爲幾十到幾千公里。
局域網 LAN (Local Area Network)

速率快（100M—10Gbps），誤碼率低（可達10e—14），範圍小（1km以內）。
城域網 MAN (Metropolitan Area Network)

作用距離約爲5 ~ 50 公里。

個人區域網 PAN (Personal Area Network)

範圍很小，大約在10 米左右。

  若中央處理機之間的距離非常近（如僅1米的數量級甚至更小些），
  則一般就稱之爲**多處理機系統**，而不稱它爲計算機網絡。

1.3.2 按網絡的使用者進行分類

公用網 (public network)

按規定交納費用的人都可以使用的網絡。因此也可稱爲公衆網。

專用網 (private network)

爲特殊業務工作的需要而建造的網絡。

  公用網和專用網都可以傳送多種業務。
  如傳送的是計算機數據，則分別是**公用計算機網絡**和**專用計算機網絡**。

1.3.3 用來把用戶接入到互聯網的網絡

接入網 AN (Access Network)，它又稱爲本地接入網或居民接入網。
接入網是一類比較特殊的計算機網絡，用於將用戶接入互聯網。
接入網本身既不屬於互聯網的核心部分，也不屬於互聯網的邊緣部分。
接入網是從某個端系統到另一個端系統的路徑中，由這個端系統到第一個路由器（也稱爲邊緣路由器）之間的一些物理鏈路所組成的。

2.計算機網絡的性能

2.1 計算機網絡的性能指標

2.1.1 速率

比特（bit）是計算機中數據量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。
比特（bit）來源於 binary digit，意思是一個“二進制數字”，因此一個比特就是二進制數字中的一個 1 或 0。
速率是計算機網絡中最重要的一個性能指標，指的是數據的傳送速率，它也稱爲數據率 (data rate)或比特率 (bit rate)。
速率的單位是 bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。例如 4 * 10¹⁰ bit/s 的數據率就記爲 40 Gbit/s（但實際上是4*2¹⁰bit/s）。
速率往往是指額定速率或標稱速率，非實際運行速率。

2.1.2 帶寬

兩種不同意義：

“帶寬”(bandwidth) 在頻域上是指信號具有的頻帶寬度，其單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。

“帶寬”(bandwidth) 在時間域是指單位時間通過的數據量，即在單位時間內網絡中的某信道所能通過的“最高數據率”。單位是 bit/s ，即 “比特每秒”。

  在“帶寬”的上述兩種表述中，前者爲頻域稱謂，而後者爲時域稱謂，
  其本質是相同的。
  也就是說，一條通信鏈路的“帶寬”越寬，其所能傳輸的“最高數據率”也越高。

※數字信號流隨時間的變化
在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。

2.1.3 吞吐量

吞吐量 (throughput) 表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。
吞吐量更經常地用於對現實世界中的網絡的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。
吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。

2.1.4 時延

時延 (delay 或 latency) 是指數據（一個報文或分組，甚至比特）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。
有時也稱爲延遲或遲延。
網絡中的時延由以下幾個不同的部分組成：
1. 發送時延
2. 傳播時延
3. 處理時延
4. 排隊時延

2.1.4.1 發送時延

也稱爲傳輸時延。
發送數據時，數據幀從結點進入到傳輸媒體所需要的時間。
也就是從發送數據幀的第一個比特算起，到該幀的最後一個比特發送完畢所需的時間。

2.1.4.2 處理時延

電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。
發送時延與傳播時延有本質上的不同。
信號發送速率和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。

2.1.4.3 處理時延

主機或路由器在收到分組時，爲處理分組（例如分析首部、提取數據、差錯檢驗或查找路由）所花費的時間。

2.1.4.4 排隊時延

分組在路由器輸入輸出隊列中排隊等待處理所經歷的時延。
排隊時延的長短往往取決於網絡中當時的通信量。

2.1.4.5 四種時延產生的地方

※概念問題

對於高速網絡鏈路，我們提高的僅僅是數據的發送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。
提高鏈路帶寬減小了數據的發送時延。
速度的基本單位爲m/s；速率的單位爲b/s，它們是不同的。
對速度來說，電磁波和光波在某一種傳輸媒體中速度是固定值。所以不存在“在高速鏈路（或高帶寬鏈路）上，比特會傳送得更快些” 這種說法。

2.1.5 時延帶寬積

鏈路的時延帶寬積又稱爲以比特爲單位的鏈路長度。

2.1.6 往返時間

互聯網上的信息不僅僅單方向傳輸，而是雙向交互的。因此，有時很需要知道雙向交互一次所需的時間。
往返時間表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間。
在互聯網中，往返時間還包括各中間結點的處理時延、排隊時延以及轉發數據時的發送時延。
當使用衛星通信時，往返時間 RTT 相對較長，是很重要的一個性能指標。

2.1.7 利用率

分爲信道利用率和網絡利用率。
信道利用率指出某信道有百分之幾（目前技術水平是達不到百分之幾十的）的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閒的信道的利用率是零。
網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。
信道利用率並非越高越好。當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。

2.1.8 時延與網絡利用率的關係

根據排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。

若令 D₀ 表示網絡空閒時的時延，D 表示網絡當前的時延，則在適當的假定條件下，可以用下面的簡單公式表示 D 和 D₀之間的關係：

當信道的利用率增大時，該信道引起的時延迅速增加。

2.2 計算機網絡的非性能指標

一些非性能特徵也很重要。它們與前面介紹的性能指標有很大的關係。主要包括：

費用
質量
標準化
可靠性
可擴展性和可升級性
易於管理和維護

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