标签：IP 交换网络计算机网络分组时延因特网概述

概述

internet：

互连网，任意通信协议
Internet：

因特网，用TCP/IP协议
因特网的三个发展阶段：
1. ARPANET阶段(第一个分组交换网ARPANET)
2. 三级结构因特网(主干网，地区网，校园网)NSFNET
3. 多层次ISP结构因特网
  
  ISP：因特网服务提供者
  
  ISP通过因特网的管理机构申请成块的ip地址，任何单位或个人通过ISP接入因特网
  
  我国ISP主要有：中国电信，中国移动，中国联通

因特网的标准的形成过程：
1. 因特网草案
2. 建议标准（成为RFC文档）
3. 草案标准（取消了）
4. 因特网标准
因特网的管理机构
因特网的组成：
- 边缘部分：由连接在因特网上的机器如笔记本电脑等用户设备构成
- 核心部分：由大量异构型网络和连接这些网络的路由器构成
- 因特网的核心部分为边缘部分提供连通性和数据交换等服务
  
  在网络核心部分起到特殊作用的是路由器
  
  路由器：一种专用计算机但不称为主机，路由器是实现分组交换的关键构建构件，任务是转发收到的分组。
  
  这时网络核心部分最重要的功能

三种交换

电路交换

计算机之间的数据传送是突发式的，当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率一般都会很低。

分组交换（现在使用的）

报文：把表示消息的整块数据称为报文

因为报文太长会对交换节点的缓存容量需求很大，故将报文分组进行交换。

分组交换：将较长的报文分为几组登场的数据段，在每个数据段前面添加一些必要的信息首部。

发送方：构造分组，发送分组

交换节点：缓存分组，转发分组。简称存储转发

接收方：接收分组，还原报文

分组交换优点	分组交换缺点
没有建立连接和释放连接过程	分组首部带来额外的传输开销
分组传输过程中逐段占用通路链路，有较高的通信线路利用率	交换节点存储转化分组会造成一定的时延
交换节点可以为每一个分组独立选中转发路由，使网络有很好的生存性	无法确保通信时，端到端通信资源全部可用，在通信量较大时肯造成网络堵塞。
	分组可能出现失序和丢失等问题

报文交换

报文交换是分组交换的前身
在报文交换中，报文被整段转发，而不是拆成若干分组转发
交换节点将报文整段的接收完成后才能查找转发报表，将整个报文转发到下一个节点
报文交换比分组交换带来的转发时延长的多，需要交换节点具有更大的缓存空间。

计算机网络的分类

按交换方式分类

可分为：电路交换，报文交换和分组交换

按使用者分类

可分为：公用网（因特网）和专用网（军队，学校等）

按传输介质分类

可分为：有线网络和无限网络

按照覆盖范围分类

可分为：广域网（WAN）城域网（MAN）局域网（LAN）个域网（个人热点PAN）

拓扑结构

可分为：总线型，星型，环形，网状型网络

计算机网络的性能指标

速率

比特（bit）是计算机中数据量的基本单位（存储单位），1bit=1个二进制位

换算：1byte记为1B

1B=8bit，1KB=2¹⁰ B=1024 B

1MB=2¹⁰ KB=1024KB

1GB=2¹⁰ MB

1TB=2¹⁰ GB
速率是指数据的传送速率（每秒多少bit）

基本单位：比特/秒，可记为bps

kb/s记为kbps 1 kbps=1000bps

Mb/s记为Mbps 1 Mbps=1000 kbps

Gb/s记为Gbps 1Gbps=1000 Mbps

Tb/s记为Tbps 1 Tbps=1000 Gbps

带宽

带宽在模拟信号系统中的意义
- 某个信号所包含的各种不同频率成分所占的频率范围
- 单位：Hz(kHz，Mhz，GHz)
带宽在计算机网络中的意义
- 用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力,即单位时间内从网络中的某一点到另外一点所能通过的最高数据率
- 单位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）
数据的传输速率=min

吞吐量

吞吐量：单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。
吞吐量常被用于对实际网络的测量，方便获知到底多少数据量通过网络。

时延

时延：数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也叫延迟。

数据可由一个或多个分组或一个bit组成

时延分为：

发送时延：源主机把分组发送传输线路

发送时延=分组大小(bit) / 发送速率 (bit/s)
传播时延：分组的电信号在链路上传播

传播时延=信道长度(m)/信号传播速率（m/s)
排队时延：

分组进入路由器后会在路由器的输入队列进行排队缓存并等待处理

在路由器确定分组的转发接口后，分组会在输出队列接口缓存并等待转发

分组在路由器输入和输出队列排队缓存所耗费的时间为排队时延

排队时延的长度取决于路由器性能，网络当时的通信量。

无法用简单公式计算
处理时延

路由器从输入队列取出排队缓存并等待处理的分组后会进行一系列操作（简称分组首部是否有误，提前分组首部目的地地址）所耗费的时间叫处理时延

无法用简单的公式计算

光纤之所以传输很快是因为带宽高而不是因为信号在光纤中的传播速率快

时延带宽积

时延带宽积=传播时延x带宽

若发送端连续发送数据，则在所发送的第一个比特即将到达终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个比特

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

往返时间RTT

往返时间：从源主机发送分组开始，直到源主机收到来自目的地的主机确认分组为止所需的时间。

利用率

利用率分为：

信道利用率：用来表示某信道有百分之几是被利用的（有数据通过）
网络利用率：全网络的利用率的加权平均

根据排队论：当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会增加。故信道利用率并非越高越好。

令D₀表示网络空闲时的时延，D表示网络当前时延，U表示利用率

在适当条件下：D=D₀/(1-U)

丢包率

丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。

丢失分组数量/总分组数量=丢包率

分组丢失主要有两种情况：

分组在传输过程中出现误码，被节点丢失
分组在达到一台队列已满的分组交换机时被丢失，在通信量较大的情况下就可能造成网络堵塞

丢包率反应了网络的堵塞情况：

无堵塞，丢包率=0
轻度堵塞，丢包率为1%到4%
严重堵塞，丢包率为5%到15%

计算机网络体系结构

常见的计算机网络体系结构

OSI体系结构(法律上的国际标准)

TCP/IP体系结构（实际上的国际标准）

在每个电脑中都存在TCP/IP体系结构，但是路由器中一般只存在TCP/IP体系结构中的网际层和网络接口层

TCP/IP协议的网络接口层没有规定具体内容，目的是可以互联不同的网络接口

IP协议是核心，一方面使用IP协议互联不同的网络接口，另一方面IP协议可以为各种网络应用提供服务

原理体系结构（学习计算机网络使用的体系结构）

这样做的原因是TCP/IP协议的网络接口层是没定义的不利于学习，故集合OSI和TCP/IP将网络接口层拆解为物理层和链路层方便学习

物理层：解决使用何种信号来传输比特的问题
数据链路层：解决分组在一个网络（或一段链路）上的传输问题
网络层：解决分组在多个网络上传输（路由）的问题
运输层：解决进程之间基于网络的通信问题
应用层：解决通过应用进程的交互来实现特点网络应用的问题

计算机网络中的专用术语

实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
对等实体：收发双方相同层次中的实体。

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

协议三要素：语法，语义，同步

语法：定义所交换信息的格式
语义：定义双方所要完成的操作
同步：定义收发双方的时序关系

服务：在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务

要实现本层协议，还需使用下一层所提供的服务

协议是"水平的"，服务是"垂直的"

实体看的见相邻下层所提供的服务，但不知道实现该服务的具体协议。也就是说，下面的协议对上面的实体是透明的。

服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型
- 数据链路层的服务访问点为帧的类型字段
- 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的协议字段
- 运输层的服务访问点为端口号
服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令叫服务原语。
协议数据单元（PDU）：对等层次之间传输的数据包称为该层的协议数据单元。（水平）
服务数据单元（SDU）：同一系统内，层与层之间交换的数据包。（垂直）

多个SDU可以合成一个PDU。一个SDU也可划分为几个PDU

标签：IP,交换,网络,计算机网络,分组,时延,因特网,概述
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计算机网络概述

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