計算機網絡基礎知識總結及思維導圖（一）概述

一、概述

1.1 基礎

1）三大網絡：電信網絡、有線電視網絡和計算機網絡。

2）計算機網絡（簡稱網絡）由若干個結點和連接這些結點的鏈路組成。

3）internet和Internet的區別

• 以小寫字母i開始的internet（互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的計算機網絡。在這些網絡之間的通信協議（即通信規則）可以任意選擇，不一定非要使用TCP/IP協議。

• 以大寫字母I開始的Internet（互聯網，或因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡相互連接而成的特定互連網，它採用TCP/IP協議族作爲通信的規則，且其前身是美國的ARPANET。

4）ISP：互聯網服務提供者ISP（InternetService Provider）。在許多情況下，ISP就是一個進行商業活動的公司，因此ISP又常譯爲互聯網服務提供商。例如，中國電信、中國聯通和中國移動等公司都是我國最有名的ISP。

5）IXP：允許兩個網絡直接相連並交換分組，而不需要再通過第三個網絡來轉發分組。

1.2 互聯網的組成

1）邊緣部分：由所有連接在互聯網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數據、音頻或視頻）和資源共享。

2）核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是爲邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。

3）在網絡邊緣的端系統之間的通信方式通常可劃分爲兩大類

• 客戶-服務器方式（C/S方式）：客戶（client）和服務器（server）都是指通信中所涉及的兩個應用進程。客戶是服務請求方，服務器是服務提供方。

• 對等方式（P2P方式）：對等連接（peer-to-peer），簡寫爲P2P。是指兩臺主機在通信時並不區分哪一個是服務請求方哪一個是服務提供方。

4）在網絡核心的三種交換

• 電路交換：面向連接。

• 報文交換：無連接、存儲轉發。

• 分組交換：無連接、存儲轉發。（要點： 報文分組，加首部；經路由器存儲轉發；在目的地合併）

5）不同類別的計算機網絡

• 按照網絡的作用範圍進行分類
  • 廣域網WAN（Wide Area Network）
  • 城域網MAN（Metropolitan Area Network）
  • 局域網LAN（Local Area Network）
  • 個人區域網PAN（Personal Area Network）
• 按照網絡的使用者進行分類
  • 公用網（public network）
  • 專用網（private network）

1.3 計算機網絡的性能

1）速率：當提到網絡的速率時，往往指的是額定速率或標稱速率，而並非網絡實際上運行的速率。（單位：bit/s）

2）帶寬：兩種含義。

• 帶寬本來是指某個信號具有的頻帶寬度。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所佔據的頻率範圍。（單位：赫、千赫、兆赫、吉赫等）
• 在計算機網絡中，帶寬用來表示網絡中某通道傳送數據的能力，因此網絡帶寬表示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：bit/s）

3）吞吐量（throughput）：表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的實際的數據量。（單位：bit/s）

4）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。由四部分組成。（單位：s）

• 發送時延（transmission delay）：是主機或路由器發送數據幀所需要的時間，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。注意這時幀還沒完全進入信道，還在機器內部的發送器中。

  計算公式： $發送時延 = {\frac{數據幀長度(bit)}{發送速率(bit/s)}}$。（這裏發送速率其實可以看做是帶寬）

• 傳播時延（propagation delay）：是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。

  計算公式： $傳播時延 = {\frac{信道長度(m)}{電磁波在信道上的傳播速率(m/s)}}$。

• 處理時延：主機或路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理。

• 排隊時延：分組在經過網絡傳輸時，要經過許多路由器。但分組在進入路由器後要先在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發接口後，還要在輸出隊列中排隊等待轉發。

• 總時延 = 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

5）時延帶寬積：把以上討論的網絡性能的兩個度量傳播時延和帶寬——相乘，就得到另一個很有用的度量：傳播時延帶寬積，即時延帶寬積 = 傳播時延 x 帶寬。

6）往返時間RTT（Round-Trip Time）：往返時延。

7）利用率：利用率有信道利用率和網絡利用率兩種。

• 信道利用率：指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閒的信道的利用率是零。

  計算公式：$S = {\frac{T}{(T + RTT)}}$。S是信道利用率，T是發送時延，RTT是往返時延，忽略處理時間和發送確認分組時間。

• 網絡利用率：是全網絡的信道利用率的加權平均值。

  計算公式： $D = {\frac{D_0}{1-U}}$。D是網絡當前的時延，$D_0$是網絡空閒時的時延，U是網絡利用率。

1.4 計算機網絡體系結構

1）網絡協議三要素

• 語法：即數據與控制信息的結構或格式。

• 語義：即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。

• 同步：即事件實現順序的詳細說明。

2）體系結構

3）協議和服務

首先，協議的實現保證了能夠向上一層提供服務。使用本層服務的實體只能看見服務而無法看見下面的協議。也就是說，下面的協議對上面的實體是透明的。

其次，協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通信的規則。但服務是“垂直的”，即服務是由下層向上層通過層間接口提供的。

思維導圖