第一章 概述

1.1 互联网

1. 网络（Network）由若干个结点（Node）和连接这些结点的链路（Link）组成。
2. 多个网络还可以通过路由器互联起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即为互联网（或互连网），因此，互联网是“网络的网络”
3. 因特网（Internet）是世界上最大的互连网络
4. 网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机

internet（互连网）	Internet（互联网或因特网）
通用名词	专有名词
由多个计算机网络互连而成的计算机网络	全球最大的，开放的，由众多网络互相连接而成的特定的互连网
网络之间的通信协议可以任意选择	采用TCP/IP协议（且其前身是美国的ARPANET）

1.2 互联网的组成

• 边缘部分： 由所有连接在互连网上的主机组成，这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据，音频或视频）和资源共享
• 核心部分： 由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分的是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）

1.3 三种交换方式

电路交换

• 电话交换机接通电话的方式称为电路交换；
• 从通信资源的分配角度来看，交换（Switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源；
• 电路交换的三个步骤：
  • 1.建立连接（分配通信资源）
  • 2.通话（一直占用通信资源）
  • 3.释放连接（归还通信资源）

当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低

报文交换

数据交换的单位是报文，报文携带有目的地址，源地址等信息。报文交换在交换结点采用的是存储转发的传输方式。

分组交换

同报文交换一样，分组交换也采用了存储转发方式，但解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传输的数据块大小的上限，把大的数据块划分为合理的小数据块，再加上一些必要的控制信息（如源地址、目的地址和编号信息等），构成分组。网络结点根据控制信息把分组送到下一结点，下一结点接受到分组后，暂时保存下来并排队等待传输，然后根据分组控制信息选择它的下一个结点，直到到达目的结点。

三种方式的比较

• 电路交换：整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送。
• 报文交换：整个报文先传输到相邻的结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
• 分组交换：单个分组(报文的一部分)传送到相邻结点，传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

计算机网络的定义

• 计算机网络的精确定义并未统一
• 计算机网络的较好定义是：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，这些硬件并非专门用来实现某一特定的目的。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能够支持广泛的和日益增长的应用。
  • 计算机所连接的硬件，并不仅限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。
  • 计算机并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用。
• 计算机网络最简单的定义是：一些互相连接的，自治的计算机的集合。

计算机网络的性能

速率

数据量单位

单位	英文	含义
字节	B（Byte）	在计算机中作为一个数字单元，一般为 8 位二进制数
千	K（Kibibyte）	1 KB = =1024 B，千字节 （1024 = 2 ** 10）
兆	M（Mebibyte）	1 MB = 1024 KB，百万字节
千兆	G（Gigabyte）	1 GB = 1024 MB，十亿字节，千兆字节
太	T（Terabyte）	1 TB = 1024 GB，万亿字节，太字节
拍	P（Petabyte）	1 PB = 1024 TB，千万亿字节，拍字节
艾	E（Exabyte）	1 EB = 1024 PB，百亿亿字节，艾字节
泽	Z（Zettabyte）	1 ZB = 1024 EB，十万亿亿字节，泽字节
尧	Y（Yottabyte）	1 YB = 1024 ZB，一亿亿亿字节，尧字节

常用速率单位

kb/s=1000b/s Mb/s=1000kb/s Gb/s=1000Mb/s Tb/s=1000Gb/s

带宽

带宽在模拟信号系统中的应用：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，因此网络带宽表示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）。

吞吐量

• 吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
• 吞吐量被用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
• 吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。

时延

1. 发送时延：是由主机或路由器发送数据帧所需要的时间 。计算公式为：分组长度（bit）/ 发送速率（bit/s）
2. 传播时延：是电磁波在信道传播一定距离需要花费的时间。计算公式为：信道长度（m）/ 电磁波在信道上的传播速率（m/s）
3. 处理时延（一般不方便计算）：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。
4. 排队时延（一般不方便计算）：分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后还要在输出队列中排队等待转发，这就产生了排队时延。

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送数率而不是比特在链路上的传播速率。

提高数据的发送时延只是减小了数据的发送时延。

时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

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

在许多情况下，因特网上的信息不仅仅是单方向传输，而是双向交换，我们有时候很需要知道双向交互一次所需要的时间；因此往返时间RTT也是一个很重要的性能指标。

利用率

• 信道利用率：用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。
• 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均。

信道利用率并非越高越好（按照我的理解，这可以理解为：用网的人越多网络时延越大）

丢包率

• 丢包率即分组丢失率，是指在一段时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。
• 丢包率具体可分为接口丢包率、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：
  • 分组在传输过程中出现误码，被结点丢弃；
  • 分组达到一台队列已满的分组交换机时被丢弃；在通信量较大时就可能出现网络拥塞。

计算机网络体系结构

常见的计算机网络结构

用户的主机系统中通常都带有符合体系标准的TCP/IP协议族，而路由器中虽然也带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族，都是它只包含网络接口层和网际层。

TCP/IP体系结构的网络接口层并没有规定什么具体的内容，这样做的目的是可以互连全世界各种不同的网络接口，例如有线的以太网接口，无线的局域网WiFi接口，不限定仅使用一种或几种网络接口，因此本质上TCP/IP协议只有上面的三层。

IP协议可以为各种网络应用提供服务；

使用IP协议互连不同的网络接口；

计算机网络结构分层的必要性

1. 物理层：解决使用何种信号来传输比特的问题；
2. 数据链路层：解决分组在一个网络（或一段链路）上传输的问题；
3. 解决分组在多个网络上传输（路由）的问题；
4. 解决进程之间基于网络的通信问题；
5. 解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题；

分层的基本原则

1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2. 每层之间界面清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3. 结构上可以分割开。每层都采用最合适的技术实现。
4. 保存下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5. 整个分成结构应该能促进标准化工作。

Q.E.D.