王道计算机网络mooc笔记第一章（一）（基本概念，标准化工作，性能指标）

计算机网络第一章（一）

1. 概念、功能、组成、分类

1. 1 计算机网络的概念

计算机网络是网络的一个分支。

计算机网络：是一个将分散的（物理层面上的）、具有独立功能的计算机系统（移动端、PC端）（，通过通信设备（交换机和路由器）与线路（端系统和通信设备连接之间的介质）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。

计算机网络是一个互连的、自治的计算机集合。

• 互连：互联互通，经过的路径叫通信链路
• 自治：无主从关系

1. 2 计算机网络的功能

1. 数据通信：保证不同主机之间的连通性
2. 资源共享：硬件资源的共享，例如打印机、传真机；软件资源的共享，例如某些软件不用下载就可以一起使用；数据资源共享，例如百度文库中有很多文档，每个人都可以下载来使用它。
3. 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分。
4. 提高可靠性：比如计算机网络中有一台主机宕机，该链路就走不通了，但另一台主机可以走另一条路。
5. 负载均衡：各台计算机一起合作

1. 3 计算机网络的组成

1. 从组成部分来看：

• 硬件：端系统、链路、通信设备（路由器、交换机）

• 软件：应用程序

• 协议：规则

2. 从工作方式来看

• 边缘部分：用户直接使用，例如端系统之间的通信分为C/S方式和P2P方式
• 核心部分：为边缘部分服务，包括网络和路由器

3. 从功能组成上来看

• 通信子网：实现数据通信
• 资源子网：实现资源共享/数据处理

1. 4 计算机网络的分类

1. 按分布范围分：广域网WAN（使用交换技术）、城域网MAN、局域网WAN（校园网是多个局域网连起来的）（使用广播技术）、个人区域网PAN（将个人电子产品连接起来）
2. 按使用者分：公用网/公众网（中国电信、中国移动）、专用网（军队、政府、银行，有相应的角色和权限才能进入）
3. 按交换技术分：电路交换、报文交换、分组交换
4. 按拓扑结构分：将网络中的通信设备、路由器、交换机、主机抽象为一个节点，链路抽象为直线。包括总线型、星形（有6个节点，则有5条链路：中间一个节点，发散出去）、环形、网状型（Internet使用该结构、常用于广域网）
5. 按传输技术分：广播式网络（所有的主机共享公共通信信道，当某个主机发出信息，所有的其他主机都会收到这个信息）；点对点网络（使用分组存储转发和路由选择机制）

2. 标准化工作

2. 1 标准的分类

• 法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准（OSI）
• 事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品的协议和技术就成了标准（TCP/IP）

2. 2 因特网标准

RFC（Request For Comments）：因特网标准的形式。

一个因特网标准一定是RFC形式，但RFC不一定都是因特网标准。

RFC要上升为互联网正式标准的四个阶段：

1. 因特网草案（Internet Draft）：这个阶段还不是RFC文档
2. 建议标准（Proposed Standard）：从这个阶段开始成为RFC文档
3. 草案标准（Draft Standard）：现在已经取消
4. 因特网标准（Internet Standard）

2. 3 标准化工作的相关组织

• 国际标准化组织ISO：OSI参考模型、HDLC协议

• 国际电信联盟ITU：制定通信规则

• 国际电气电子工程师协会IEEE：学术机构、IEEE802系列标准、5G

• Internet工程任务组IETF：负责因特网相关标准的制定

3. 性能指标

3. 1速率/数据率/数据传输率/比特率

速率/数据率/数据传输率/比特率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。单位是b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s。

换算关系如下：（速率和存储容量的换算关系不太一样）

3. 2 带宽

带宽原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差，单位是赫兹（Hz）

在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s。

可以理解成网络设备所支持的最高速度。

带宽是一种理想的状态，实际传输速率是比带宽小的。

3. 3 吞吐量

吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位是b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

3. 4 时延

时延/延迟/迟延：指数据（报文/分组/比特流）从网络的额一端传到另一端所需的时间。单位是s。

有四类：

• 发送时延/传输时延：从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

  发送时延=数据长度/信道带宽（发送速率）

• 传播时延：取决于电磁波的传播速度和链路长度

  传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度

  （比特在信道上以电磁波为载体进行传输）

• 排队时延：等待输出/输入链路的时间

  每个路由器前面有个缓存空间，比特流到达路由器时，不一定能够马上转发，可能需要排队等待。

• 处理时延：检错，找出口。

高速链路指的是提高发送速率，减小发送时延。

3. 5 时延带宽积

时延带宽积（bit）= 传播时延（s）*带宽（b/s）

一个bit从一端经过传播时延就能到达另一端。

时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度，即某段链路现在有多少比特。

3. 6 往返时间RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认，总共经历的时延。

发送方发送数据开始：指的是发送发将第一个bit放到信道上开始。

发送方收到接收方的确认：接收方收到第一个bit立即发送确认。

RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。因为RTT越大说明我们收到确认的时间越长，那么在这段时间，我们可以一直发送数据。

RTT包括：往返传播时延=传播时延*2，末端处理时间（接收方处理的时间，题目会给）

3. 7 利用率

1. 信道利用率=有数据通过的时间/（有+无）数据通过的时间

   当利用率接近1的时候，时延急剧增大。（如何理解：利用率接近1，说明信道上有很多数据在跑，这样bit前进的时间就会变长）

2. 网络利用率=信道利用率加权平均值

总结

速率：实际速率

带宽：理想速率

吞吐量：所有信道的数据量之和

时延：注意区分传输时延（在主机内部发生的）和传播时延（在信道上以电磁波为载体的传播时间）

时延带宽积：其中的时延指的是传播时延

利用率：主要是考察信道利用率