《计算机网络：体系结构》

原创于 2025-11-20 14:19:41 发布 · 754 阅读

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#计算机网络

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第一章：计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述

1.1.1 计算机网络

是将一个众多分散的、自治的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

1.1.2 internet（互连网）

泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。

Internet（互联网）

一个专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络和路由器互连而成的特定计算机网络，采用TCP/IP族作为通信准则。

1.1.3 计算机网络的功能

数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡

1.1.4 电路交换、报文交换、分组交换

电路交换

（1） 三步骤：建立连接（释放通信资源）->传输数据（一直占用通信资源）->释放连接（归还通信资源）

（2）优点：时延小、有序传输、没有冲突、实时性强

缺点：建立连接时间长、线路利用率低、灵活性差、难以实现差错控制

报文交换：

（1）采用存储转发技术

（2）优点：
无建立连接时延、灵活分配线路、线路利用率高、支持差错控制
缺点：转发时延高、缓存开销大、错误处理低效

分组交换

（1）也采用存储转发技术，但解决了报文交换中报文过长的问题。

（2）优点：方便存储管理，存储转发开销小、传输效率高（流水线方式）、减少了出错概率和重传代价

缺点：存在存储转发时延、需要传输额外的信息量

三种交换方式的对比

1.1.5 计算机网络的分类

按拓扑结构分类：总线形、星形、环形、网状网络等。前三者多用于局域网，后者多用于广域网。

1.1.6 计算机网络的性能指标

（1）速率：指连接到网络上的节点在数字信道上传输数据的速率，也称数据传输速数据率或比特率。单位：bit/s（bps）

（2）带宽：指网络的通信线路所能传送数据的能力。是数字信道所能传输的“最高数据传输速率”的同义语。单位：bit/s

（3）时延：指数据（一个报文或一个分组）从网络（或链路）的一端传输到另一端所需的总时间。由四部分组成：发送时延（电磁波在信道传输时也称作传输时延）、传播时延、处理时延、排队时延。

在这里插入图片描述

1.1.7 计算公式

传播时延 = 链路长度 / 传播速率

发送时延 = 分组长度 / 发送速率或分组大小 / 链路带宽

时延带宽积 = 传播时延 * 信道带宽

信道利用率 = 有效数据通过的时间 / （有效数据通过的时间 + 无数据通过的时间）

需要的最小时长 = m ×发送时延 + n × 发送时延 +(n+1) × 传播时延

其中：m是分组个数，n是路由器个数。所以（n+1）是链路数。（老师给的公式）

1.1.8 例题

在下图所示的采用“存储-转发”方式的分组交换网络中，所有链路的数据传输速率为 100Mb/s，分组大小为1000B，其中分组头大小为20B。若主机H1向主机 H2发送一个大小为 980000B的文件，则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下，从H1发送开始到H2接收完为止，需要的时间至少是（）

在这里插入图片描述

A. 80ms B.80.08 C.80.16 D.80.24

正确答案：C

解析：

分组大小为1000B，分组首部大小为20B，则分组携带的数据大小为980B，文件长度为980000B，需拆分为1000个分组，加上首部后，每个分组的大小为1000B，共需传送的数据量为1MB。因为所有链路的数据传输速率相同，所以文件传输经过最短路径时所需的时间最少，最短路径经过2个分组交换机。
当t=1M × 8/(100Mb/s)=80ms 时，H1发送完最后一个比特。当H1发送完最后一个分组时，该分组需要经过2个分组交换机的转发，在2次转发完成后，所有分组均到达 H2。每次转发的时间为t₀=1K × 8/(100Mb/s)=0.08ms。
因此，在不考虑分组拆装时间和传播时延的情况下，当t=80ms+2t=80.16ms时，H2接收完文件，即所需的时间至少为80.16ms。
【另解】分组交换的传输过程类似于流水线的方式，因此本题也可采用流水线的思路。在连续传输的过程中，每个存储转发设备在同一时刻发送不同的分组，这类似于不同的部件在同一时刻执行不同的指令。所有链路的数据传输速率相同，表示各流水段的时间相同，设为r，最短路径有3段链路，则传输m个分组需要的时间t=3r+(m-1)r。也就是说，第一个分组从流水线中流出所需的时间为3r,当第一个分组从流水线中流出后,每隔时间r就从流水线中流出一个分组。求得r=0.08ms，因此1=3r+(m-1)r=3 × 0.08+(1000-1) × 0.08=80.16ms。

【另解】用老师给的公式

由题知：分组大小 = 分组数据部分大小 + 分组头大小，即，分组数据大小 = 1000B - 20B = 980B

分组个数m = 980000B / B = 1000个

发送时延 = 分组大小 / 发送速率 = 1000B / 100Mbps = 8×10^-5s = 0.08ms

所以，最小时长 = m ×发送时延 + n × 发送时延 +(n+1) × 传播时延

即：1000 × 8 × 10^-2 + 2× 8 × 10^-2 = 80.16ms