计算机网络基础：概念、性能指标与体系结构解析-优快云博客

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计算机网络指的是运行在计算机上的应用程序之间的通信。

1.按照网络的作用范围进行分类可以分为

1.广域网 2.城域网 3.局域网 4.个人区域网（作用范围就不再赘述）

2.计算机网络的性能指标

速率：在计算机网络中，所发送的数据都采用的是数字形式。也就是一个二进制数字，也称为比特。因此，比特特使信息论中使用的信息量单位。网络技术中的速率指的是数据的传送速率，也称为数据率或者比特率。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。其单位是bit/s，当网络速率较高时，也尝尝在bit/s钱加上一个字母，例如，40Gbit/s

（另：通常说的速率是额定速率或标称速率，而不是网络中实际运行的速率）

带宽：在计算机网络中，带宽通常用来表示网络中某通道传输数据的能力（就如同我们马路的宽度一样，马路越宽，其传输能力就越强），因此，网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。因此，在计算机网络中，带宽的意思其实就是速率的意思

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）的实际的数据量。吞吐量更经常地用于对现实网络世界中的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。因此，吞吐量受网络的带宽或者网络的额定速率的限制

时延：时延指的是数据从网络的一端到另一端所需要的时间。时延是一个很重要的指标，有时也称为延迟或迟延。网络中的时延由一下几个不同的部分组成

（1）发送时延：发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的的时间，也就是从发送数据帧的第一个bit算起，到最后一个bit发送完毕所需的时间。发送时延也称为传输时延，发送时延的计算公式是：

发送时延 = 数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）

（2）传播时延：传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延的计算公式是：

传播时延 = 信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）

（电磁波在自由空间中的传播速率为光速3× $10^{5}$ km/s。电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间中略低一些；在铜线中的传播速率约为2.3× $10^{5}$ km/s,在光纤中的传播速率约为2.0× $10^{5}$ km/s。是的，其实在光线中的传播时延会更高）

这两种时延其实比较好理解，就相当于开车，上车，点火，开空调之类的就相当于是发送时延，开车从A到B就相当于是传播时延

除了上面两种时延之外，还有两种时延需要考虑

（3）处理时延：处理时延是主机或路由器在接收到分组后处理分组所花费的时间，例如分析分组的首部，从分组中提取数据部分，进行差错检验或查找适当的路由等

（4）排队时延：分组在进过网络传输时，要进过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在出入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就是排队时延的产生。排队时延的长短往往取决于网络当时的通信量。当网络的通信量很大时会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于排队时延为无穷大。

因此，总时延就是以上四种时延之和

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

时延带宽积：时延带宽积是将传播时延和带宽相乘得到的另一个度量

时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

往返时间RTT:在计算机网络中，往返时间RTT是一个重要的指标，这是因为在大多数情况下，互联网上的信息并不仅仅是单方面传输的，而是双向交互的。

计算机网络中的体系结构

OSI的七层协议体系结构的概念非常清楚，理论也比较完整，但是它既复杂也不实用。而TCP/IP体系结构则不同，TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层。而在学习计算机网络的原理时，往往采用这种的办法，综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构

结合互联网情况，自上而下，简单的介绍一下各层的主要功能。

（1）应用层

应用层是体系结构中的最高层，应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程就是指主机中正在运行的程序。对于不同行的网络应用需要有不同的应用层协议。在互联网中的应用层协议有很多，如域名系统DNS，支持万维网应用的HTTP，支持电子邮件的SMTP协议，等等，我们把应用层交互的数据单元称为报文

（2）运输层

运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。所谓“通用的”，是指并不针对某个特定网络应用，而是多应用可以使用同一个运输层服务。由于一台主机可以同时运行多个进程，因此运输层有分用和复用的功能。复用就是多个应用层进程可以同时使用下面运输层的服务，分用和复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。

运输层主要使用以下两种协议：

传输控制协议TCP --提供面相连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段。

用户数据报协议UDP --提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）,其数据传输的单位是用户数据报。

（3）网络层

网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层吧运输层产生的报文段或用户数据报封装成文组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫作IP数据报，或简称为数据报

（4）数据链路层

数据链路层尝简称为链路层。我们知道，两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）

控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出差错的帧，以免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正数据在数据链路层传输时出现的差错，那么就需要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层的协议复杂些。

（5）物理层

在物理层上所传输数据的单位是比特（bit）。发送方发送1（或0）时，接收方应当收到1（或0）而不是0（或1）。因此物理层要考虑用大多的电压代表“0”或“1”，以及接收方如何识别发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各引脚应如何连接。当然，解释比特代表的意思，就不是物理层的任务。需要注意的是，传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面，因此，物理媒体也被尝尝当做第0层。