计算机网络

## 网络

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## 互连网（互联网）

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## 因特网

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### 发展阶段

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因特网服务提供者（Internet Service Provider，ISP）

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### 管理机构

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## 计算机网络的定义

现阶段计算机网络的一个较好的定义：
计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

可编程的硬件：不限于计算机，而是包括了智能手机、具有网络功能的传感器以及智能家电等智能硬件，这些硬件一定包含有中央处理单元（CPU）。

各类应用：计算机网络并非只用来传送数据，而是能够基于数据传送进而实现各种各样的应用，包括今后可能出现的各种应用。

## 计算机的分类

按交换方式：
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按使用者：
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按传输介质：

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按覆盖范围：

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按拓扑结构：

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## 计算机网络的性能指标

计算机网络的性能指标被用来从不同方面度量计算机网络的性能。

常用的八个计算机网络性能指标：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率。

### 速率

比特（bit，记为小写b）是计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。

数据量的常用单位有字节（byte，记为大写B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字节（TB）。

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速率是指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率（Data Rate）或比特率（Bit Rate）。

速率的基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）。速率的常用单位有千比特/秒（kb/s或kbps）、兆比特/秒（Mb/s或Mbps）、吉比特/秒（Gb/s或Gbps）以及太比特/秒（Tb/s或Tbps）。

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### 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据的频率范围。

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，即在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。

单位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）。

数据传送速率 = min [ 主机接口速率，线路带宽，交换机或路由器的接口速率 ]

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### 吞吐量

吞吐量是指在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，以便获知到底有多少数据量通过了网络。

吞吐量受网络带宽的限制。

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### 时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。 数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。

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### 时延带宽积

时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

### 往返时间

往返时间（Round-Trip Time，RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。

### 利用率

链路利用率：链路利用率是指某条链路有百分之几的时间是被利用的（即有数据通过）；完全空闲的链路的利用率为零。

网络利用率：网络利用率是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均。

根据排队论可知，当某链路的利用率增大时，该链路引起的时延就会迅速增加。

当网络的通信量较少时，产生的时延并不大，但在网络通信量不断增大时，分组在交换节点（路由器或交换机）中的排队时延会随之增大，因此网络引起的时延就会增大。

### 丢包率

丢包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。

分组丢失主要有以下两种情况：

- 分组在传输过程中出现误码，被传输路径中的节点交换机（例如路由器）或目的主机检测出误码而丢弃。
- 节点交换机根据丢弃策略主动丢弃分组。

丢包率可以反映网络的拥塞情况：

- 无拥塞时路径丢包率为0。
- 轻度拥塞时路径丢包率为1%~4%。
- 严重拥塞时路径丢包率为5%~15%。

## 计算机网络体系结构

OSI（Open Systems Interconnection，开放系统互连）的核心制定机构是**国际标准化组织（International Organization for Standardization，简称 ISO）**，该机构主导了 OSI 七层模型的定义，旨在为全球计算机网络提供统一的通信架构标准，解决不同厂商设备间的兼容性问题。

- **定义** ：网络体系结构是计算机网络各层及其协议的集合，它定义了网络中各层的功能和接口。
- **作用** ：通过分层结构，将复杂的网络通信问题分解为多个相对简单的层次，便于管理和维护。

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### 专用术语

**实体**是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

**对等实体**是指通信双方相同层次中的实体。

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**协议**是控制两个对等实体在“水平方向” 进行“逻辑通信”的规则的集合。

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协议是控制两个对等实体在“水平方向” 进行“逻辑通信”的规则的集合。

协议的三要素：语法、语义、同步。

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协议是“水平”的，而服务是“垂直”的。

实体看得见下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。下层的协议对上层的实体是“透明”的。

在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点SAP，它被用于区分不同的服务类型。

帧的“类型”字段、IP数据报的“协议”字段，TCP报文段或UDP用户数据报的“端口号”字段都是SAP。

对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。

同一系统内层与层之间交换的数据包称为服务数据单元（Service Data Unit，SDU）。

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## OSI 参考模型

### 七层结构

**物理层** ：负责比特的传输，定义了物理接口的机械、电气、功能和过程特性。

**数据链路层** ：将物理层接收到的原始比特流组织成帧，进行差错控制和流量控制。

**网络层** ：负责数据包的路由选择和转发，实现不同网络之间的互联。

**传输层** ：提供端到端的通信服务，确保数据的可靠传输，如 TCP 和 UDP 协议。

**会话层** ：管理会话和连接，负责建立、维护和终止会话。

**表示层** ：进行数据的表示和转换，如数据加密、压缩和编码等。

**应用层** ：为用户提供各种网络应用程序和服务，如文件传输、电子邮件、万维网等。

**协议与服务** ：各层之间通过协议和服务进行交互，下层为上层提供服务，上层使用下层的服务。

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## TCP/IP 参考模型

### 四层结构

**网络接口层** ：对应 OSI 模型的物理层和数据链路层，负责与网络介质的接口和数据帧的传输。

**网络层** ：对应 OSI 模型的网络层，主要协议为 IP 协议，负责数据包的路由选择和转发。

**传输层** ：对应 OSI 模型的传输层，主要协议为 TCP 和 UDP 协议，提供端到端的通信服务。

**应用层** ：对应 OSI 模型的应用层、表示层和会话层，为用户提供各种网络应用程序和服务。

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