计算机网络学习笔记（1）----计算机网络结构、多路复用、电路、报文、分组交换，网络性能

目录

1 计算机网络概述

1.4 计算机网络结构---网络边缘、接入网络、网络核心

1.7 多路复用（Multiplexing）

1.8 报文交换、分组交换

1.9 计算机网络性能

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1 计算机网络概述

计算机网络=通信技术+计算机技术；计算机网络就是一种通信网络

通信系统模型：

1.1 定义：计算机网络就是互连的、自治的计算机集合。

自治：无主从关系；互连：互联互通，通信链路

1.2 什么是Internet

从服务角度，Internet是为网络应用提供通信服务的通信基础设施；为网络应用提供应用编程接口（API），支持应用程序“连接”Internet,发送/接收数据。

1.3 网络协议---协议是计算机网络有序运行的重要保证

1、硬件（主机、路由器、通信链路等）是计算机网络的基础；

2、网络协议（network protocol）定义：（简称协议）

（1）为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定；

（2）协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的“动作”（actions）

3、协议三要素---语法、语义、时序

（1）语法（Syntax）---数据与控制信息的结构或格式；信号电平

（2）语义（Semantics）---需要发出何种控制信息；完成何种动作及作出何种响应；差错控制

（3）时序（Timing）---事件顺序；速度匹配

4、协议规范了网络中所有信息发送和接受过程

1.4 计算机网络结构---网络边缘、接入网络、网络核心

1、网络边缘：

（1）主机（端系统）运行网络应用程序；网络应用；

（2）客户/服务器（client/server）应用模型：客户发送请求，接收服务器响应；

（3）对等(peer-peer，P2P)应用模型：无(或不仅依赖)专用服务器；通信在对等实体之间直接进行

2、接入网络，物理介质：有线或无线通信链路；

（1）数字用户线路（DSL）---利用已有的电话想连接中心局的DSLAM

数据通信通过DSL电话线接入Internet；语音（电话）通过DSL电话线接入电话网

 （2）电缆网络---频分多路复用（在不同频带/载波上传输不同频道）

HFC：混合光纤同轴电缆（hybrid fiber coax）

非对称：下行高达30Mbps传输速率，上行为2Mbps传输速率

 （3）机构（企业）接入网络（Ethernet）

典型传输速率：10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps；

目前端系统通常直接连接以太网交换机（switch）

 （4）无线接入网络---通过共享的无线接入网络连接端系统和路由器；

通过基站（base station）或称为“接入点”（access point）

3、网络核心（核心网络）：互联的路由器（或分组转发设备）；网络之网络

网络核心的关键功能：路由+转发

 1.5 Internet结构---网络之网络

（1）端系统通过接入ISP（access ISPs）连接到Internet；

（2）接入ISP必须进一步互联；构成复杂的网络互连的网络

（3）“一级”（tier-1）商业ISPs（如：网通、电信、Sprint，AT&T），提供国家或国际范围的覆盖

（4）内容提供商网络（content provider network，如Google）：私有网络，连接器数据中心与Internet，通常绕过一级ISP和区域ISPs

 1.6 数据交换---电路交换

数据交换的类型有：电路交换；报文交换；分组交换；

1、电话网络---最典型的电路交换网络---独占资源

多路复用（Multiplexing），简称复用，电路交换网络共享中继栈

 1.7 多路复用（Multiplexing）

 1、定义：链路/网络资源（如带宽）划分为“资源片”，将资源片分配给各路“呼叫”（calls），每路呼叫独占分配到的资源片进行通信，资源片可能“闲置”（idle）（无共享）

2、典型多路复用方法

（1）频分多路复用（FDM-frequency division multiplexing）;---电视选台

各用户占用不同的带宽资源（带宽是频率带宽，单位是hz）；

（2）时分多路复用（TDM-time division mulitiplexing）;

将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDX帧），每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙；每个用户占用的时隙是周期性出现（其周琦就是TDM帧的长度）；

时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度；

（3）波分多路复用（WDM-Wavelength division multiplexing）;----光的频分复用

（4）码分多路复用（CDM-Code division multiplexing）;

广泛应用于无线链路共享（如蜂窝网，卫星通信等）

 

  

  1.8 报文交换、分组交换

 1、报文交换（Message switching）---源（应用）发送信息整体，

2、分组交换（package switching）

（1）分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包；

 分组交换：统计多路复用（Statistical Multiplexing）

 3、存储-转发（store-and-forward）

 报文交换与分组交换均采用存储-转发交换方式；

区别：（1）报文交换以完整报文进行“存储-转发”；（2）分组交换以较小的分组进行“存储-转发”；

4、分组交换：传输延迟

发送主机：接收应用报文（消息）；

拆分成较小长度为Lbits的分组（packets）；在链路传输速率为R（bps）的链路上传输分组；

 5、分组交换的报文交付时间小，路由器缓存器要求小，

 6、分组交换VS电路交换

 （1）分组交换可以允许更多用户同时使用网络，共享率更高，网络资源充分共享

（2）分组交换适用于突发数据传输网络；资源充分共享；简单，无需呼叫建立，

但是可能出现产生拥塞（congestion）：分组延迟和丢失，需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制

1.9 计算机网络性能

1、速率---数据率（data rate）或称数据传输速率或比特率（bit rate）

（1）单位时间（秒）传输信息（比特）量，

（2）单位：b/s（bps），kb/s，Mb/s，Gb/s，k=10^3，M=10^6,G=10^9;

（3）速率往往是指额定速率或标称速率；

2、带宽（bandwidth）

（1）带宽原本指信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）；

（2）网络的带宽通常是数字信道所能传送的“最高数据率”，单位是：b/s（bps）

 3、延迟/时延（delay或latency）

1、分组交换为什么会发生丢包和时延？

分组在路由器缓存中排队，分组到达速率超过输出链路容量时，分组排队，等待输出链路可用

2、分组延迟的主要原因：

 

 

 

传输延迟和传播延迟的区别：以车队为例说明

 

 4、时延带宽积 = 传播延迟 x 带宽（bits）

 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度；

 5、分组丢失（丢包）---丢包率

 队列缓存容量有限；分组到达已满队列将被丢弃（即丢包）；

丢弃分组可能由前序列节点或源重发（也可能不重发）；

 

 6、吞吐量/率（Throughput）

 吞吐量：表示在发送端与接收端之间传送数据速率（b/s）；

（1）即时吞吐量：给定时刻的速率；（2）平均吞吐量：一段时间的平均速率；