计算机网络基础|第一节

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前言

学校网课不努力,B站大学再继续。实在努力不下去,美团饿么当兄弟。

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计算机网络定义

两个以上主机可发送接受信息的互连的,可自治的,组成计算机网络

计算机网络的性能指标

常用以下8个

1.速率

比特 bit 数据量单位

代表:一个数0/1

字节=B

8bit=1B;

注意:依次乘与2的10次方

K->M->G->T

举个例子

我们购买的硬盘,商家标的是250GB为什么在操作系统中却只有232.8GB呢

我们看下面的一个公式:

商家的计算方式是G 为10的9次方,操作系统中数据量的G 是2的30次方

比特率速率单位 bit/s

注意:依次乘与10的3次方

k->M->G->T

与数据量不同

2.带宽

模拟信号中 :单位Hz

表达的是信号频率范围

计算机网络中:

可以理解为网络中点到点传输的 最高数据率

单位b/s与比特率相同

这两者其实表述都是有联系的,带宽频率越宽,网络越好

3.吞吐量

单位时间通过的数据量

受到带宽限制

4.时延

总的来说就是传输数据的时间

可以细分为:

网络时延:发送,传播,处理

  • 发送时延:分组长度/发送速率
  • 传播时延

    计算是有公式的

    信道长度/电磁波传播速率

    然而在不同的传输介质中传播速率是不同的

    这里列出3个不同的常见的传播介质

    • 光纤
    • 忘了
    • 是啥来着?
  • 处理时延:不方便计算

5.时延带宽积

传播时延乘与带宽的乘积

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度

6.往返时间

数据双向交互一次的时间

我们简称为RTT(Round-Trip Time)

7.利用率

  • 信道利用率: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。

根据排队论,信道的利用率增大时,该信道引起的时延也会迅速增加

因此信道利用率并非越高越好

如果令表示为网络空闲的时延,D表示当前的时延,那么在适当的假定条件下,可以用以下的简单公式来表示D与和利用率U之间的关系

  • 当网络的利用率达到50%时,时延加倍
  • 当利用率超过50%时,时延急剧增大
  • 当网络利用率接近100%时,时延趋于无穷大
  • 依次一些拥有交大主干网的ISP通常会控制他们的新到利用率不超过50%,如果超过了,就扩容,增加带宽。
  • 注意:也不能太低,浪费了宝贵的通信资源,设定一个程序机制来根据情况动态调整网络中的通信量,是网络利用率保持在一个合理的范围内

丢包率

即分组的丢失率

  • 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
  • 可以分为接口丢包率,结点丢包率,链路丢包率,路径丢包率,网络丢包率等

分组丢失主要有两种情况:

  • 分组在传输的过程中,出现误码,被结点丢弃;

  • 分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃;在通信量较大是就可能造成网络拥塞

  • 因此 丢包率也可以反应网络的拥塞情况

    • 无拥塞时路径丢包率为0;

    • 轻度拥塞时路径丢包率为1%~4%

  • 严重时可达到5%~15%

计算机网络的体系结构

有三种常见的计算机网络体系结构

  • 法律上的国际标准(OSI)

    有七层:我不考研简单知道一下就够了,实际上开发不会用到这个框架

  • 实际上的国际标准(TCP/IP)

    表明了各种层的协议

  • 原理体系结构(在学习中我们主要遵循的)

分层的必要性

分层的思想:以大化小,以小化了

物理层

需要解决:

  • 传输介质

  • 物理接口

  • 什么信号

严格来说:传输媒体并不属于物理层

数据链路层

需要解决:

  • 目的主机该如何标识(主机编址)
  • 目的主机识别出力分组数据的封装
  • 协调多个主机之间的数据交换(一个网络或一段链路)

网络层

需要解决:

  • 网络以及网络中的各主机的共同编址问题(多个网络(路由))
  • 路由器该怎么转发分组,路由的选择

运输层

需要解决:

  • 不同网络应用进程之间的通信(端到端的逻辑通信,不是端口到端口)
  • 出错与异常的解决(丢包,误码等)

应用层

需要解决:

  • 不同网络进城程间的通信的基础上,规定特定的技术协议运用

分层的思想示例

简单的图解(图片来源湖南科技大学课程):

可以简单理解为:邮件的传输

个人主机:

  • 首先在应用层我们写了一个信件(报文) 内容规则可以是http,FTP,我们放在了自家的邮寄箱中

    这个时候来了个小哥来拿,他根据你在的地方,寄的信件内容类型呢,加了个邮局分局的地址等一系列信息,进行了一个简单的包装

    运输层根据tcp协议的规定 添加端口等一系列信息的TCP首部,成了一个TCP报文段

  • 拿到了你这个地区的邮局站,根据你要寄的地址分号码分类

    网络层加了个IP首部,成为了一个IP数据报

  • 然后根据地址选择海路或者陆地,天空等各种不同的路线,打上分类标识

    IP数据报数据链路层处理,加了个ETH 首部尾部,成为

  • 物理层将信件进行处理贴上标签,成为货物,开始邮寄

(帧交给物理层,加了个前导码,目的是为了让目的主机做好帧接受的准备)

通过链路到达了另外一个邮寄站点(路由)

  • 物理层将信件货物拆解,去掉上一个标签

    (比特流化为帧)

  • 再将其交付给处理信件地址的网络层解析(提取查找路由表,确定转发端口 指定下一个路由或者地址)

  • 再重新根据地址选择海路或者陆地,天空等各种不同的路线,打上分类标识

    (IP数据报数据链路层处理,加了个ETH 首部尾部,成为

  • 物理层将信件进行处理贴上标签,成为货物,开始邮寄

    交给物理层,加了个前导码,目的是为了让目的主机做好帧接受的准备)

以下内容都是同理

(重复解析封装一发送)

专用术语

实体

任何可发送或接受信息的硬件或者软件进城

对等实体

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

注意:逻辑通信,的意思是,这个通信的的规则不是存在的,是假设的一种通信,单独简化研究,同理逻辑接口

三要素:

  • 语法:定义交换信息的格式(各种分组格式http ftp等)
  • 语义:定义通信双方所要完成的操作
  • 同步:定义收发双方的时序关系(三次握手

服务

协议的控制下,对等实体的逻辑通信向上层提供服务

实现本层的协议需要,使用下面一层所提供的服务

协议是水平的,服务是垂直

  • 服务访问点:相邻两层的逻辑接口,用于交换两层之间的是实体信息,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数据报首部的协议字段
    • 运输层的服务访问点为端口号

协议数据单元

PDU:对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元

SDU:同一系统系统内服务数据单元 层与层之间交换的数据包成为服务数据单元

多个SDU 可以合成为一个PDU

一个SDU 也 可以分为多个PDU

比特->帧->ip数据段->tcp/udp数据报->报文

总结

不着急写,随便做个思维导图糊弄一下