计算机网络第一章：计算机网络概述

1 计算机网络的分类

1.1 计算机网络的不同定义

• 最简单的定义：计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合
• 因特网(Internet)是“网络的网络”

1.2 不同作用范围的网络

• 广域网 WAN (Wide Area Network)
• 局域网 LAN (Local Area Network)
• 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)
• 个人区域网 PAN (Personal Area Network)

1.3 从网络的使用者进行分类

• 公用网 (public network)
• 专用网 (private network)

2 计算机网络的性能

2.1 计算机网络的性能指标

2.1.1 速率

• 比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位
• Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0
• 速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s 等
• 速率往往是指额定速率或标称速率

2.1.2 带宽

• “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）
• 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)
• 常用的几个带宽单位：千比每秒，即 kb/s （103 b/s）、兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）、吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）、太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）
• 在计算机界，K = 210 = 1024，M = 220, G = 230, T = 240
• 数字信号流随时间的变化，在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄，如下图
  

2.1.3 吞吐量

• 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量
• 吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络
• 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制

2.1.4 时延(delay 或 latency)

2.1.4.1 传输时延

• 传输时延（发送时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间
• 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间
• $传输时延=\frac{数据块长度（比特）}{信道带宽（比特/秒）}$

2.1.4.2 传播时延

• 传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间
• 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念
• $传播时延=\frac{信道长度（米）}{信号在信道上的传播速率（米/秒）}$

2.1.4.3 处理时延

• 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间

2.1.4.4 排队时延

• 结点缓存队列中分组排队所经历的时延
• 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量

2.1.4.5 总时延

• 数据经历的总时延就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和
• $总时延=发送时延+传播时延+处理时延+处理时延$

2.1.4.6 时延发生的地方

2.1.5 时延带宽积

2.1.6 利用率

• 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零
• 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值
• 信道利用率并非越高越好

2.1.6.1 时延与网络利用率的关系

• 根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加
• 若令 $D_0$ 表示网络空闲时的时延，$D$ 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 $D$ 和 $D_0$之间的关系
• $D=\frac{D_0}{1-U}$，其中 U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间
  

3 OSI参考模型（七层）

• 应用层：所有能产生网络流量的程序
• 表示层：在传输之前是否进行加密 或 压缩 处理，二进制或ASCII码表示
• 会话层：查木马，看需求端和网站之间的连接
• 传输层：可靠传输，流量控制，不可靠传输(一个数据包即可，不需要建立会话，例如向DNS查询网站IP地址)
• 网络层：负责选择最佳路径，规划IP地址(ipv4和ipv6变化只会影响网络层)
• 数据链路层：帧的开始和结束，还有透明传输，差错校验(纠错由传输层解决)
• 物理层：定义网络设备接口标准，电气标准(电压)，如何在物理链路上传输的更快

4 计算机网络教材中的五层体系结构