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

在模拟信号中 ：单位Hz

表达的是信号频率范围

在计算机网络中：

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数据报给数据链路层处理，加了个ETH 首部和尾部，成为帧）

  • 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数据报给数据链路层处理，加了个ETH 首部和尾部，成为帧）

  • 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）

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，服务是垂直的

  • 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