【计算机网络】计算机网络概述-蒲公英云

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? 系列专栏：计算机网络
? 首发时间：2023年7月8日
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概念和功能
计算机网络的发展
- 第一阶段
- 第二阶段——三级结构
- 第三阶段——多层次ISP结构
计算机网络的组成
计算机网络的分类
标准化工作及相关组织
性能指标
- 速率
- 带宽
- 吞吐量
- 时延
- 时延带宽积
- 往返时延RTT
- 利用率
分层结构
- 为什么要分层？
- 怎么分层？
- 正式认识分层结构
- 概念总结
OSI参考模型
- OSI参考模型的来源
- OSI参考模型
- OSI参考模型解释通信过程
- 应用层
- 表示层
- 会话层
- 传输层
- 网络层
- 数据链路层
- 物理层
TCP/IP参考模型
- OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点
- OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点
- 5层参考模型

概念和功能

计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统

计算机网络是互连的、自治的计算机集合

互连：通过通信链路互联互通
自治：无主从关系

计算机网络的功能

数据通信
资源共享：同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共享硬件、软件、数据
分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
提高可靠性
负载均衡：使各计算机之间更加亲密

计算机网络的发展

第一阶段

美国国防部高级研究计划局（ A R P A ARPA ARPA）设计了一个分散的指挥系统 —— A R P A n e t ARPAnet ARPAnet 阿帕网
随着时代的发展，人们希望实现不同网络的互联
1983 1983 1983 年阿帕网接受 T C P / I P TCP/IP TCP/IP 选定 I n t e r n e t Internet Internet 为主要的计算机通信系统
网络把许多计算机连接在一起，而互联网则是把许多网络连接在一起，因特网是世界上最大的互联网

第二阶段——三级结构

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1985 1985 1985 年起，美国国家科学基金会 N S F NSF NSF 围绕 6 6 6 个大型计算机中心建设计算机网络，即国家科学基金网 N S F N E T NSFNET NSFNET

第三阶段——多层次ISP结构

I S P ISP ISP：因特网服务提供者 / 因特网服务提供商，是一个向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务和增值业务的公司，如中国电信、中国联通、中国移动等。分为主干 I S P ISP ISP、地区 I S P ISP ISP 和本地 I S P ISP ISP

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计算机网络的组成

组成部分 —— 硬件、软件、协议（一系列规则和约定的集合）

工作方式

边缘部分 —— 用户直接使用。有 C / S C/S C/S 方式（ C l i e n t / S e r v e r Client/Server Client/Server）、 B / S B/S B/S 方式（ B r o w e r / S e r v e r Brower/Server Brower/Server）、 P 2 P P2P P2P 方式（ P e e r T o P e e r Peer \ To \ Peer PeerToPeer）
核心部分 —— 为边缘部分服务

功能组成

通信子网 —— 实现数据通信
资源子网 —— 实现资源共享 / 数据处理

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计算机网络的分类

按分布范围分 —— 广域网 WAN、城域网 MAN、局域网 LAN、个人区域网 PAN

按使用者分 —— 公用网和专用网（如军队专用网）

按交换技术分 —— 电路交换、报文交换、分组交换

按拓扑结构分：其中网状型常用于广域网
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按传输技术分

广播式网络 —— 共享公共通信信道
点对点网络 —— 使用分组存储转发和路由选择机制

标准化工作及相关组织

标准化工作

标准的分类	解释
法定标准	由权威机构制定的正式的、合法的标准，例如 OSI
事实标准	某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准，例如 TCP/IP

RFC（Request For Comments）—— 因特网标准的形式

RFC 要上升为因特网正式标准的四个阶段：

因特网草案（Internet Draft）这个阶段还不是 RFC 文档
建议标准（Proposed Standard）从这个阶段开始成为 RFC 文档
草案标准（Draft Standard）
因特网标准（Internet Standard）

标准化工作的相关组织

组织	描述
国际标准化组织 ISO	OSI参考模型、HDLC协议
国际电信联盟 ITU	制定通信规则
国际电气电子工程师协会 IEEE	学术机构、IEEE802系列标准、5G
Internet工程任务组 IETF	负责因特网相关标准的制定 RFC XXXX

性能指标

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速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率

比特（bit），0 / 1，单位是位

速率指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，单位是 b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

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带宽

“带宽” 原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）

而在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指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”。单位是 “比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s

也可以理解为网络设备所支持的最高速度

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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。单位 b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s 等

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制

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时延

时延指数据（报文 / 分组 / 比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，也叫延迟或迟延，单位是 s

时延分类	说明	计算公式
发送时延（传输时延）	从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间	发送时延 = 数据长度信道带宽（发送速率）发送时延=\frac{数据长度}{信道带宽（发送速率）} 发送时延=信道带宽（发送速率）数据长度
传播时延	取决于电磁波传播速度和链路长度	传播时延 = 信道长度电磁波在信道上的传播速率传播时延=\frac{信道长度}{电磁波在信道上的传播速率} 传播时延=电磁波在信道上的传播速率信道长度
排队时延	等待输出 / 输入链路可用
处理时延	检错、找出口

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时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 × 带宽时延带宽积=传播时延 \times 带宽时延带宽积=传播时延×带宽

单位为 bit

时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度，即 “某段链路现在有多少比特”

往返时延RTT

往返时延RTT指从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时延

RTT 越大，在收到确认之前，可以发送的数据就越多

RTT 的计算包含往返传播时延和末端处理时间，其中往返传播时延 = 传播时延 * 2

利用率

利用率	计算方法
信道利用率	有数据通过时间（有 + 无）数据通过时间 \frac{有数据通过时间}{（有+无）数据通过时间} （有+无）数据通过时间有数据通过时间
网络利用率	信道利用率的加权平均值