计算机网络笔记
计算机网络概述
计算机网络的基本概念
计算机网络的定义、组成和功能
边缘部分
由互联网上的主机组成，是用户直接使用的
边缘部分的通信分为
- CS 模式：客户是服务请求方，服务器是服务提供方
- P2P 模式：不区分是请求方还是提供方，主机之间是平等的
核心部分
大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务
-
电路交换
三个步骤：建立连接、通话、释放
特点是通话的时间内始终占用端到端的通信资源，传输效率低
-
分组交换
采用存储转发技术，将一个报文划分成多个分组，每个分组携带首部，首部中存放一些信息
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报文交换
也是进行存储转发，不过转发的不是分组，而是整个报文
交换：按某种方式动态分配传输线路的资源
计算机网络的分类
按作用范围分
- 广域网：几十到几千公里
- 城域网：5 到 50 公里
- 局域网：小范围，1 公里以内
- 个人区域网：10 米左右
按网络使用者分
- 公用网：为大众服务
- 专用网：为特定人员服务
计算机网络的主要性能指标
- 速率
- 带宽
- 吞吐量
- 时延
- 时延带宽积
- 往返时间 RTT
- 利用率
速率
-
速率指数据的传送速率，也称为数据率或比特率
-
速率的单位是 $bit/s $
-
速率中 \(K=10^3，M=10^6,G=10^9\)
-
速率通常指的是额定速率或标称速率，非实际速率
带宽
- 带宽原指某个信号具有的频带宽度，在计算机网络中指的是信道的最高数据率
- 单位是 \(bit/s\)
吞吐量
- 单位时间内通过某个网络的实际数据量
- 吞吐量的上限受带宽或额定速率限制
- 吞吐量通常用 \(bit/s\) ，也可以用 \(B/s\) 或 \(帧/s\) 表示
时延
数据从一端发送到另一端所需的时间，时延由多个部分组成，如发送时延、传播时延、处理时延、排队时延
\[ 总时延= 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延 \]发送时延
主机或路由器发送数据帧所需时间
\[发送时延 = \frac{数据帧长度}{发送速率} \]传播时延
电磁波在信道中传播所需的时间
\[传播时延 = \frac{信道长度}{电磁波在信道上传播的速率} \]处理时延
主机或路由器接收到分组时进行处理所需的时间
排队时延
在网络上传输时，在各个路由器中排队所需的时间
时延带宽积
传播时延和带宽的乘积称为时延带宽积，可以表示链路可容纳比特的数量，因此又称为以比特位单位的链路长度
往返时间
双向交互一次所需的时间
发送完数据后会等待一个往返时间 才能继续发送，因此有效数据率通常低于发送速率
\[有效数据率 = \frac{数据长度}{发送时间+RTT} \]利用率
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信道利用率
某个信道有百分之几的时间是被利用的
-
网络利用率
全网络的信道利用率的加权平均值
信道和网络利用率并非越高越好，过高会产生非常大的时延
\[D \space表示网络当前的时延\\ D_0 \space表示网络空闲时间的时延\\ U \space表示信道利用率\\ D = \frac{D_0}{1-U} \]计算机网络的体系结构
计算机网络的体系结构就是计算机网络的各层及各其协议的集合
OSI 参考模型
开发系统互联参考模型的功能划分为七个层次，从高到低依次为
- 应用层
- 表示层
- 会话层
- 传输层
- 网络层
- 数据链路层
- 物理层
五层协议的体系结构
应用层
- 为应用程序的进程提供通信服务
- 应用层协议定义的是应用进程之间通信和交互的规则
运输层
为两台主机中进程的通信提供通用数据传输服务
网络层
- 为分组交换网上不同主机提供通信服务，将运输层产生的报文段封装成分组传送
- 选择路由，使分组能够找到目的主机
数据链路层
将 IP 数据报组装成帧，帧中保存控制信息，如同步信息、地址信息、差错控制等
物理层
传送比特
网络协议、接口、服务的概念
网络协议
进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定
协议主要由以下三要素组成
- 语法，数据和控制信息的格式
- 语义，需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
- 同步，时间实现顺序的详细说明
接口、服务
- 协议是水平的，服务是垂直的，服务是由下层向上层通过层间接口提供的
- 同一系统中相邻两层实体进行交互的地方，称为服务访问点（SAP），是一个逻辑接口
物理层
通信基础
基本概念
信道
传送信息的媒体，有三种基本的通信方式
- 单工：只能有一个方向的通信
- 半双工：通信可以是双向的，但同一时间只能有一种
- 全双工：通信是双向的，且通信双发可以同时发送和接收
信号
数据的电气或电磁的表现
- 模拟信号，消息的参数的取值是连续的
- 数字信号，消息的参数的取值是离散的
码元
代表不同离散数值的基本波形，二进制只有两种不同的码元
波特
单位时间内传输码元的个数
影响信道传输速率的因素
-
信道能通过的频率范围
如果信道能通过的频率范围很低，那么高频分量在传输时会受到衰减使波形变得不那么“陡峭”了，这样会导致不同码元之间的界限不明显，这种情况就叫码间串扰
-
信噪比
如果信号较强，噪声的影响就会相对较小，信噪比就是信号的强弱与噪声强弱的比值，当信噪比很大说明噪声的影响很小
奈奎斯特定理与香农定理
奈奎斯特定理
对于一个带宽为 \(WHz\) 的理想信道，最大码元速率为 \(2W\) 波特，超过此上限就会出现严重的码间串扰问题
最大数据率 = \(2Wlog_2N(bps)\)
香农定理
香农定理表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高
- C 表示信道的极限传输速率
- W 表示信道带宽
- S 表示信道所传信号的平均功率
- N 表示信道内部的高斯噪声功率
从以上两个定理可以看出，对于频道宽度已确定的信道，想要提升传输速率，让每个码元携带更多比特
标签：带宽,笔记,通信,计算机网络,信道,时延,速率 From： https://www.cnblogs.com/7shuo/p/17178698.html