深入浅出计算机网络（湖科大）

原创于 2025-09-19 16:49:16 发布 · 707 阅读

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前情提要：新学期根据导师要求新开辟新的学习知识模块，感觉一年内也有所成长吧，有点想继续更新CSAPP，抽空更新吧最近感觉很忙，因为最开始大一的时候对有些知识没有过多的了解，但现在感觉可以逐步深入学习啦。有关于计算机网络的学习我可能部分会用纸质版（纸质版的部分会通过笔记照片在文章里呈现，凑合看吧），因为有时候电脑并不方便携带，新学期继续努力吧。

时延由发送时延，传播时延，排队时延和处理时延构成

题

1.2因特网概述

1.网络、互联网与因特网的区别与关系

两个网络的连接需要什么设备呢？路由器

(1)互联网

若干个网络要通过路由器连接起来就构成了互联网，我们忽略互联细节就可以认为其是一个更大的网络，因此互联网也可以称为“网络的网络”

(2)因特网

因特网是当前世界上最大的互联网，用户数以亿计，互联的网络数以百万计，其内部各种路由器和异构型网络的互连细节不用给出，一般也难以给出。

路由器是用于网络互联的专用设备，一般不称其为主机。

一、若干节点和链路互连形成网络

二、若干网络通过路由器互连形成互连网（互联网）

三、因特网是当今世界上最大的互联网

我们平时口中的互联网实际上是指因特网

因特网简介

1.3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

4.三种方式的对比

1.4计算机网络的定义和分类

1.计算机网络的定义

（1）计算机网络早期的一个最简单的定义

1）互连：计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信

2）自治：独立的计算机有自己的硬件和软件可以独立运行

3）计算机的集合：至少需要两台计算机

（2）现阶段计算机网络的一个较好定义

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，并能支持广泛和日益增长的应用。

1）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)。

2）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而实现各种各样的应用，包括今后可能出现的各种应用。

2.计算机网络的分类

（1）按交换方式分类

分为电路交换、分组交换、报文交换（详情内容见1.3）

（2）按使用者分类

公用网：通常是由电信公司出资建造的大型网络，公众按照规定缴纳费用就可以使用这种网络

专用网：通常是由某个部门满足单位的特殊需要而建造的网络（军队、铁路、电力、银行），不对外进行

（3）传输介质

有线网络：包括双绞线网络、光纤网络等

无线网络：无线局域网使用的Wi-Fi

（4）覆盖范围

广域网（WAN）：几十到几千千米，可以覆盖一个国家、地区，因特网的核心部分，为因特网核心路由器提供远距离高速连接。

城域网（MAN）：5-50千米，城市骨干网，互连大量机构企业以及校园局域网。

局域网（LAN）：1千米左右，一个学生宿舍，一栋楼，一个校园，局域网通常由一个微型计算机或工作站通过速率为10Mb/s以上的高速链路相连，一个企业或学校可能有多个互连的局域网，这样的网络常称为校园网或企业网。

个域网（PAN）：个人区域的简称，覆盖范围一般为10米，把属于个人使用的笔记本本电脑、键盘、鼠标、耳机以及打印机等电子设备用Wi-Fi或蓝牙等无线技术连接起来的网络，因此也成为无线个域网WPAN。

（5）拓扑结构

总线型：使用单根传输线把计算机连接起来，优点是建网容易，增减节点方便，节省线路；缺点是重负载时通信效率不高，总线任一一处出现故障则全网瘫痪。

星型：每个计算机都以单独的线路与中央设备相连，中央设备早期是计算机，后来是集线器，现在一般是交换机或路由器，这种网络拓扑的优点是便于网络的集中控制和管理，缺点是成本高，中央设备对故障敏感。

环型：所有计算机的网络接口都连接成一个环，最典型的例子是令牌环局域网，环可以是单环也可以是双环，环中信号是单向传输的。

网状型：一般情况下，每个节点至少有两条路径与其他节点相连，多用在广域网中，其优点是可靠性高，缺点是控制复杂，线路成本高。

以上的四种网络拓扑还可以互连为更复杂的网络。

1.5计算机网络的性能指标（1）

1.计算机网络的性能指标

（1）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。

（2）常用的八个计算机网络的性能指标：

速率

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），基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时记为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）以及太比特/秒（Tb/s或Tbps）

（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,记为大写B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字节（TB）

数据量单位中的K、M、G、T的数值分别为 $2^{10}$ 、 $2^{20}$ 、 $2^{30}$ 、 $2^{40}$

速率单位中的k、M、G、T的数值分别为 $10^{3}$ 、 $10^{6}$ 、 $10^{9}$ 、 $10^{12}$

练习：

我的计算过程：

100MB=100* $10^{6}$ = $10^{8}$ bit

100Mbps=100* $10^{20}$ = $10^{22}$

$10^{22}$ / $10^{8}$ = $10^{14}$ s

（错误：1. 1B=8bit没有换算数据量的K、M、G、T的数值为 $2^{10}$ 、 $2^{20}$ 、 $2^{30}$ 、 $2^{40}$ ）

解析：

带宽

带宽在模拟信号系统中的意义：

某个信号所包含的各种不同频率成分所占的频率范围

单位：Hz（kHz，MHz，GHz）

主要话音的频率范围如上

带宽在计算机网络中的意义：用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，即在单位时间内从网络中的某一个点到另一点所能通过的最高数据率

单位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）

上述的两种表述有着密切的关系，即线路的频率带宽越宽，其所传输的数据的最高速率越高

注意速率匹配的问题：

数据传送速率=min[主机接口速率，线路带宽，交换机或路由器的接口速率]

木桶效应，在构建网络时应做到各设备以及传输介质的速率匹配，这样才能完全发挥出本应具有的传输性能

吞吐量

吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。吞吐量常被用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据量通过了网络。

吞吐量受网络带宽的限制。

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。

假设源主机和目的主机之间只有一个路由器和两段链路，看看分组从源主机传送到目的主机中有哪些地方会产生时延？

源主机将分组发往传输线路，需要花费一定时间，称这段时间为发送时延

代表分组的电信号在链路上传播，这也需要花费一定的时间，称这段时间为传播时延

分组进入路由器后，会在路由器的输入队列中排队缓存并等待处理，在路由器确定分组的转发接口后，分组会在输出队列中排队缓存并等待转发

排队时延：分组在路由器的输入队列和输出队列的排队缓存所耗费的时间就是排队时延

在分组从源主机传送到目的主机的过程中，分组往往要经过多个路由器的转发，分组在每个路由器排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量和路由器的自身性能，由于网络的通信量随时间的变化很大，因此排队时延无法用一个简单的公式来计算。当网络通信量很大时，可能会造成路由器的队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延无穷大。

路由器从自己的输入队列中取出排队缓存并等待处理的分组后，会进行一系列处理工作，例如检查分组的首部是否误码，提取分组首部中的目的地址，为分组查找相应的转发接口以及修改分组首部中的部分内容，例如生存时间等，路由器对分组进行一系列处理工作后所耗费的时间就是处理时延，处理时延一般也无法用一个简单的公式进行计算。