第一节 计算机网络基本概念

一，计算机网络的定义

• 计算机网络是利用 通信设施 与通信链路 或者 通信网络 ，互连地位不同，性能自治的计算机系统，并恪守肯定的规定实现计算机系统之间信息替换。概括性的定义：计算机网络是 互连 的，自治 的计算机的汇合。

  • “自治 “是指互连的计算机系统 彼此独立，不存在主从或者管制与被管制的关系。

  • ”互连 “是指利用 通信链路连贯互相独立 的计算机系统。通信链路 能够是 双绞线 ， 光纤 ， 微波 ， 通信卫星 等。不同链路的 传输速率 也不同，在计算机网络中也被称为 带宽 ，单位bit/s 或bps或b/s。

    定义中的”计算机“应了解为”计算机设备“。（能连贯网络的如智能设施，智能手表）。

    计算机网络定义中的”自治计算机 “，通常称为” 主机 “（host）或” 端系统“（end System）。

    只有是连贯到 Internet 上的设施，都能够被称为主机或端系统。

    Internet Service Provider（ISP，网络服务提供商）

• 家庭用户端系统形成小型家庭网络，并借助电话网络，有线电视网络等接入区域或本地 ISP。企业网络，校园网等机构网络，通常形成肯定规模的局域网，而后再接入区域或本地 ISP。区域或本地 ISP 再与更大规模的国家级 ISP 互连，国家级 ISP 再互连其余国家级 ISP 或全球性 ISP，实现寰球所有 ISP 网络的互连，从而实现全球性端系统的互连。
• ISP网络由许多 有线 或无线 通信链路互连 分组替换设施 形成。分组替换设施 能够实现数据分组的 接管 与转发 ，是形成Internet 的重要根底，存在多种形式，最典型的是 路由器 和交换机。
• Internet中互连的 端系统 ， 分组替换设施 或其余网络设备 在进行 信息发送 ， 接管或转发 的过程中，都须要遵循 网络协议。

二，协定的定义

• 协定约定了实体之间替换的信息类型，信息各局部的含意，信息替换程序以及收到特定信息或出现异常时应采取的行为。任何一个协定都会显式或隐式的定义 3 个基本要素：语法 （syntax）， 语义 （semantics）和 时序（timing），称为协定三要素。

  • 语法

    • 定义实体之间替换信息的格局与构造，或者定义实体（如硬件设施）之间传输信息的电平等。

  • 语义

    • 定义实体之间替换的信息中须要发送（或蕴含）哪些管制信息，这些信息的具体含意，以及针对不同含意的管制信息，接管信息端应如何响应。
    • 有的协定还须要进行过错检测，这类协定通常会在协定信息中附加过错编码等管制信息。
    • 语义还须要定义彼此采纳何种过错编码，以及采取何种过错解决机制等。

  • 时序

    • 也称为 同步，定义实体之间替换信息的程序以及如何匹配或适应彼此的速度。

三，计算机网络的性能

• 计算机网络的性能是在不同主机之间实现疾速的 信息替换 。通过信息替换，计算机网络可实现 资源共享 这一外围性能，包含 硬件资源共享 ， 软件资源共享 和信息资源共享。

1. 硬件资源共享

• 通过计算机网络，一台主机能够共享另一台主机的硬件资源。云计算和云存储就是实现了硬件资源共享。

2. 软件资源共享

• 网络上的主机能够近程拜访，应用服务器计算机上运行的各类大型软件，如大型数据库系统，大型行业专用软件等。
• 软件资源的共享能够防止软件的反复投资，反复部署，无效节省成本。
• 软件服务化，即通过互联网提供软件服务，不再销售软件，从而产生了 软件即服务（Software as a Service，SaaS）。代表了软件共享的支流趋势。

3. 信息资源共享

• 如政府的政策法规，企业的产品信息，社会热点新闻等。

四，计算机网络的分类

1. 按覆盖范围分类

1. 个域网（Personal Area Network，PAN）

• 通常是由集体设施通过无线通信技术形成小范畴的网络，实现集体设施间的数据传输。如通过蓝牙技术实现集体设施的互连等。个域网通常覆盖范围在 1~10m。

2. 局域网（Local Area Network，LAN）

• 通常部署在办公室，办公楼，厂区，学校等部分区域内，采纳高速有线或无线链路连贯主机。局域网通常覆盖范围在 10m~1km。

3. 城域网（Metropolitan Area Network，MAN）

• 指笼罩一个城市范畴的网络，覆盖范围通常在 5~50km。

4. 广域网（Wide Area Network，WAN）

• 覆盖范围在几十到几千千米，通常逾越更大的天文空间，实现异地城域网或局域网的互连。

2. 按拓扑构造分类

• 网络拓扑是指网络中的主机，网络设备间的物理连贯关系与布局。

1. 星形拓扑构造

• 星形拓扑构造网络包含一个地方结点，网络中的主机通过点对点通信链路与地方结点连贯，地方结点通常是集线器，交换机等设施，主机间的通信都须要通过地方结点进行。
• 罕用于局域网，个域网中。
• 长处是易于监控治理，故障诊断与隔离容易；毛病是地方结点是网络的瓶颈，一旦故障，全网瘫痪，网络规模受限于地方结点的端口数量。
  

2. 总线型拓扑构造

• 采纳一条播送信道作为公共传输介质，称为总线，所有结点均与总线连贯，结点间的通信均通过共享的总线进行。
• 因为总线是一条播送信道，所以任一结点通过总线发送数据时，其余结点都会接管到承载这些数据的信号。如果同时有两个或以上的结点同时向共享信道中发送数据，就会产生烦扰，会导致任何一个结点的数据发送失败，这一景象称为抵触。
• 次要用于晚期的局域网
• 长处是构造简略，所需电缆数量少，易于扩大；毛病是通信范畴受限，故障诊断与隔离较艰难，容易产生抵触。
  

3. 环形拓扑构造

• 利用通信链路将所有结点连接成一个闭合的环。
• 环中的数据传输通常是单向传输，每个结点能够从环中接收数据，并向环中进一步转发数据。
• 如果某结点判断数据是发送给本人的，则复制数据。数据会沿特定方向绕环一周，回到发送数据的结点，发送数据的结点须要负责从环中革除其发送的数据。
• 罕用于晚期的局域网，园区网和城域网中。
• 长处是所需电缆长度短，能够应用光纤，易于防止抵触；毛病是某结点的故障容易引起全网瘫痪，新结点的退出或撤出比拟麻烦。
  

4. 网状拓扑构造

• 网状拓扑构造网络中的结点通过多条链路与不同的结点间接连贯。
• 如果网状拓扑构造网络中的任一结点与其余所有结点均有间接链路连贯，则称为齐全网状拓扑网络，否则称为非齐全网状拓扑网络。
• 罕用于广域网，外围网络等。
• 长处是网络可靠性高，一条或多条链路故障时，网络依然能够通。

• 毛病是网络结构简单，造价老本高，选路协定简单。
  

  5. 树形拓扑构造

• 树形拓扑构造网络能够看作是总线型拓扑或星形拓扑网络的扩大。比拟多见的是通过级联星形拓扑构造网络中的地方结点构建树形拓扑构造网络。
• 罕用于局域网
• 长处是易于扩大，故障隔离容易。
• 毛病是对根节点的可靠性要求高，一旦根节点故障，则可能导致网络大范畴无奈通信。
  

6. 混合拓扑构造

• 混合拓扑构造网络是由两种以上简略拓扑构造网络混合连贯而成的网络。
• 绝大多数理论网络的拓扑都属于混合拓扑构造。如 Internet。
• 长处是易于拓展，能够构建不同规模网络。
• 毛病是网络结构简单，治理与保护简单。

3. 按替换形式分类

• 电路替换网络
• 报文交换网络
• 分组替换网络

4. 按网络用户属性分类

1. 专用网（public network）

• 指由国家或企业出资建设，面向公众提供免费或收费服务的网络。

2. 公有网（private network）

• 公有网指由某个组织出资建设，专门面向该组织外部业务提供网络传输服务，不面向公众凋谢的网络。

第二节 计算机网络构造

• 大规模古代计算机网络的构造包含 网络边缘 （network edge）， 接入网络 （access network）与 网络外围（network core）3 局部。

一，网络边缘

• 连贯到网络上的计算机，服务器，智能手机，智能传感器，智能家居等称为 主机 或端系统。这些端系统位于网络的最边缘。
• 连贯到网络上的 所有端系统形成了网络边缘。
• 网络边缘为网络用户提供了网络应用服务。

二，接入网络

• 接入网络 是实现 网络边缘 的端系统与 网络外围 连贯与接入的网络。常见的有如下几类。

1. 电话拨号接入

• 利用电话网络，通过 调制解调器（modem）将数字信号调制到模仿电话线路，通过电话网络的模仿语言信号作为载波传送到远端，再利用调制解调器将数字信号从模拟信号解调进去。
• 长处：不便实现扩散的家庭用户接入网络。
• 毛病：最大带宽通常只有 56kbit/s。

2. 非对称数字用户线路 ADSL

• 电话机连贯电话端的线路称为 用户线路（Subscriber Line）。
• ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Line）是利用现有的电话网络的用户线路实现的接入网络。
• ADSL基于 频分多路复用（FDM）技术实现电话语音通信与数字通信（网络数据传输）共享一条用户线路。
• 在进行网络通信的同时能够进行电话语音通信。
• 在 ADSL 接入网络中，在用户线路上实现的上行（从用户端向网络上传数据）带宽比上行（从网络向用户端下传数据）带宽小。所以被称为“非对称”数字用户线路。
• ADSL存在很多规范，并且能够实现的上行和上行带宽与用户线路的长度有关系。
• ADSL罕用于家庭接入网络。

3. 混合光纤同轴电缆 HFC 接入网络

• HFC（Hybrid Fiber-Coaxial）也称为 电缆调制解调器（cable modem）接入，是利用有线电视网络实现网络接入的技术。
• 用户端应用电缆调制解调器连贯有线电视网的入户同轴电缆，同轴电缆连贯到光纤结点，再通过光纤链路连贯电缆调制解调端接零碎，进而连贯网络。
• HFC基于 频分多路复用 技术，利用有线电视网络同轴电缆残余的传输能力实现电视信号传输与网络数据传输的共享。
• HFC也是“非对称”的，典型上行带宽为30.7Mbit/s，上行带宽为42.8Mbit/s。
• HFC接入是 共享式接入 ，即连贯到同一段同轴电缆上（如同一个小区内）的用户共享上行和上行带宽。可见，当HFC 共享用户数较大时，每个用户取得的理论带宽可能并不高。

4. 局域网

• 企业，学校等机构会在组织范畴内建设局域网，连贯所有须要接入内部网络的主机，而后通过企业网络或校园网的边缘路由器连贯网络外围。

5. 挪动接入网络

• 挪动接入网络次要利用挪动通信技术，如 3G/4G/5G 网络，实现智能手机，挪动终端等设施的网络接入。
• 挪动接入网络是不可代替的，而且将成为集体设施接入网络的首选路径。

三，网络外围

• 网络外围是由通信链路互连的分组替换设施形成的网络，作用是实现网络边缘中主机之间的数据中继与转发。

  比拟典型的分组替换设施是路由器和交换机等。

• 相距边远的主机之间不可能通过一条物理通信链路间接连贯，而是各自通过接入网连贯到网络外围上，彼此传输数据都是通过网络外围进行中继与转发，最初送达目标主机。

第三节 数据交换技术

一，数据交换的概念

• 替换设施具备多通信端口，能够同时连贯多个通信结点（即主机或替换设施），实现通信端口间物理或逻辑的动静，并行通信。通过替换设施，每个主机只需一个通信链路与替换设施相连，即可实现与其余主机的通信。

• 一个替换设施的端口是无限的，并且也无奈通过一条通信链路间接连贯间隔边远的主机或通信设施，因而，只有在非凡状况下，如小规模局域网，才有可能利用一个替换设施间接连贯所有主机。
• 为了连贯更大范畴，更多数量的主机，能够将许多替换设施互连，形成一个数据中继与转发的“两头网络”，而后再将主机连贯到间隔较近的替换设施上，主机之间的数据传输通过“两头网络”实现中继与转发。这个两头网络不须要关怀所传输数据的内容，而只是为这些数据从一个结点到另一个结点直至达到目标结点提供数据中继与替换性能，因而，称为数据交换网络，组成替换网络的结点（即替换设施）称为替换结点，替换结点和传输介质的汇合称为通信子网，即网络外围。
• 数据交换是实现在大规模网络外围上进行数据传输的根底技术。常见的数据交换技术包含 电路替换 （circuit switching）， 报文交换 （message switching）和 分组替换（packet switching）。

二，电路替换

• 电话网络是最早，最大的电路替换网络。
• 电路替换中，首先须要通过两头替换结点为两台主机之间建设一条专用的通信线路，称为电路，而后再利用该电路进行通信，通信完结后再拆除电路。
• 在通信过程中，替换设施对通信单方的通信内容不做任何干涉。
• 应用电路替换进行通信包含 建设电路 ， 传输数据 和拆除电路 3 个阶段。

1. 建设电路

• 传输数据之前，必须建设一条端对端的电路，这个电路可能不是通信单方之间间接的连贯，而是通过若干个两头替换结点实现的连贯。
• 如果两个主机之间须要进行通信，那么发送主机须要先收回呼叫申请信号给接管主机，而后通过若干结点沿途接通一条物理链路后，再由接管主机收回应答信号给发送主机，这样单方之间的电路连贯就建设胜利了。
• 只有电路建设胜利之后，能力进入数据传输阶段。
• 电路替换的“接续”过程所需工夫的长短与接续的两头替换结点的个数无关。
• 电路建设之后在两个主机之间的每一段物理链路上都为单方的通信预留了相应的带宽，这个带宽在单方通信期间将始终保留并独占。

2. 传输数据

• 被传输的数据能够是数字数据也能够是模仿数据，数据的传输能够是单工也能够是全双工。
• 在发送主机和接管主机之间存在一条“独占”的物理线路为单方的本次通信服务。（“独占”指的是替换结点之间的线路是绝对独占的，因为通过信道复用技术对一条物理信道进行信道划分，而主机的替换结点之间的线路往往是相对独占的）。
• 在本次通信完结之前，这条“独占”的物理线路上的所有资源不能被其余主机应用，即便某一时刻通信单方并没有数据进行传输。

3. 拆除电路

• 拆除动作可由两个通信主机之间的任何一方发动并实现。开释信号必须传送到电路所通过的各个结点，以便重新分配资源。

电路替换总结

• 电路替换的特点是有连贯的，在通信时须要先建设电路连贯，在通信过程中独占一个信道，通信完结后拆除电路连贯。电路替换的长处是实时性高，时延和时延抖动都较小；毛病是对于突发性数据传输，信道利用率低，且传输速率繁多。电路替换实用于语音和视频这类实时性强的业务。

三，报文交换

• 报文交换也称为音讯替换，其工作过程为：

  1. 发送方把要发送的信息附加上发送 / 接管主机的地址及其他管制信息，形成一个残缺的报文（Message）。
  2. 以报文为单位在替换网络的各结点之间以存储—转发的形式传送，直至送达目标主机。
  3. 一个报文在每个结点的延迟时间，等于接管报文所需的工夫加上向下一个结点转发所需的排队延迟时间之和。

“存储 - 转发”替换形式

• 报文交换当时不须要建设连贯，发送方组装好报文之后即可向相邻的替换结点收回，替换结点收到整个报文并且查看无误后，临时存储报文，而后利用路由抉择找出须要转发的下一个结点的地址，再把整个报文转发给下一个结点。

优缺点

• 长处：

  • 绝对电路替换信道而言，报文交换线路利用率高。

• 毛病：

  • 报文交换网络中替换结点须要缓冲存储，报文须要排队，因而会导致报文通过网络的延迟时间变长并且不固定，对于实时通信而言会容易呈现不能满足速度要求的状况。
  • 有时结点收到的报文过多而存储空间不够或者输入链路被占用不能及时转发时，就不得不抛弃报文。
  • == 古代计算机网络没有采纳报文交换技术的。==（时延较长，从几分钟到几小时不等）

四，分组替换

1. 分组替换基本原理

• 分组替换 是目前计算机网络宽泛采纳的技术。
• 分组替换 须要将待传输数据（即 报文 ）宰割成较小的数据块，每个数据块附加上地址，序号等管制信息形成 数据分组 （packet），每个分组独立传输到目的地，目的地将收到的分组从新组装，还原为报文。分组传输过程通常也采纳 存储—转发 替换形式。
• 分组替换将一个残缺报文拆分成若干个分组，每个分组的长度有一个下限，无限长度的分组使得每个结点所需的存储能力升高，分组能够存储到内存中，进步了替换速度。

2. 分组替换长处

1. 替换设施存储容量要求低

   1. 报文交换须要缓存整个报文，当报文很大时，要求报文交换设施具备很大的存储容量。
   2. 分组替换将大报文拆分为较短的分组进行传输。
   3. 实践上讲，分组替换只有能存储一个小分组，网络就能工作。

2. 替换速度快

   1. 分组替换设施因为只须要缓存肯定数量的较短的分组，因而能够利用主存储器进行存储 - 转发解决，不需拜访外存，解决转发速度放慢。
   2. 分组替换网络中，多个分组能够在网络中的不同链路上进行并发传送，大大提高传输效率和线路利用率。缩短整个报文通过网络的工夫。

3. 牢靠传输效率高

   1. 对于报文交换网络，一个报文呈现过错，须要重传整个报文。
   2. 对于分组替换，一个分组呈现过错，只需重传出错的分组，并不需要重传所有由同一报文拆分进去的分组。

4. 更加偏心

   1. 对于分组替换，如果分组大小雷同，那么大报文将拆分出更多的分组，小报文将拆分出较少的分组，不同报文的分组在替换结点上可能交替排队，每个分组通过网络的工夫相当，总体上，小报文将用较短时间通过网络达到目标。因而，分组替换更加偏心。

3. 分组长度的确定

• 分组长度的确定与替换过程中的延迟时间，替换设施存储容量，线路利用率，信道传输品质，数据业务统计个性以及交换机费用等诸多因素无关。

1. 分组长度与延迟时间

• 分组替换网络的存储—转发过程能够形象为一个排队零碎。
• 基于排队论的剖析发现，当分组具备雷同的长度时，分组在替换过程中的延迟时间较小。
• 把报文按肯定的规范长度宰割为“分组”，就可能使替换设施以分组为单位对信息进行解决，从而缩短信息在替换过程中的延迟时间，这正是产生分组替换形式的重要理论依据之一。
• == 在其余条件雷同的状况下，分组长度越长，延迟时间越长 ==，对于实时交互式通信，要求延迟时间短，分组长度应该尽可能短。
• 分组长度不宜太短，因为分组长度太短，就意味着一个报文须要拆分的分组数减少，而每个分组是须要附加管制信息的，额定开销会减少，无效数据传输效率会升高，因而，须要在延迟时间与开销之间进行均衡。
• 理论的分组替换网络的分组长度并不总是雷同的，通常会规定一个分组长度范畴，这样既具备灵活性，又尽可能优化网络延时。

2. 分组长度与误码率

• 通信链路的信道误码率是确定分组长度时另一个须要重点思考的因素。设分组长度为 $$L$$ 位，其中 $$h$$ 位为分组头长度，数据长度为 $$x$$ 位，即有

  ​ ==$$x+h=L$$==

  若信道误码率为 $$p_e$$，则分组传输正确的概率（只思考分组中位误码的状况）为

  ​ ==$$P_s=(1-P_e)^{x+h}$$==

  分组传输谬误要求重发的概率为 $$(1-P_s)$$，在思考到可能屡次间断传输谬误的状况下能够失去最佳分组长度 $$L_{opt}$$ 为

  ​ ==$$L_{opt}=\sqrt{h/P_e}$$==

  最高信道利用率能够示意为

  ​ ==$$\eta_{max}=(1-\sqrt{hP_e})^2$$==

• 由上可知，在肯定 $$h$$，$$P_e$$ 下存在最佳分组长度，且 $$P_e$$ 越小，$$L_{opt}$$ 越长；$$\eta_{max}$$ 随 $$h$$,$$P_e$$ 增大而升高。
• 目前，无关分组数据交换的规格和规范已有国际电信联盟（International Telecom Union，ITU）以倡议的模式制订出，分组长度以 16B（1B=8 bit）到 4096B 之间的 $$2^nB$$ 为规范分组长度，如 32B,64B,256B,512B 和 1024B 等。

第四节 计算机网络性能

一，速率与带宽

• 速率 （rate）是计算机网络中最重要的性能指标之一，== 速率是指网络单位工夫内传送的数据量 ==，用以形容网络传输数据的快慢，== 也称为数据传输速率或数据速率 ==（data rate）。 速率 的根本单位是 bit/s（ 位每秒 ），有时也称为 比特率（bit rate）。
• 罕用的速率单位有 kbit/s,Mbit/s,Gbit/s,Tbit/s 等，1Tbit/s=$$10^3$$Gbit/s=$$10^6$$Mbit/s=$$10^9$$kbit/s=$$10^{12}$$bit/s。
• 计算机网络中，有时也会用“带宽 ”（bandwidth）形容速率；在通信或信号处理畛域中，带宽本来指信号具备的频带宽度，即信号成分的最高频率与最低频率之差，单位为Hz；相似， 一条链路或信道可能不失真地流传电磁信号的最高频率与最低频率之差，称为信道的带宽，单位也是 Hz。
• 计算机网络中，当形容一条链路或信道的数据传输能力时，常常应用“带宽”示意链路或信道的最高数据速率，单位也是 bit/s。

二，时延

• 时延 （delay）是评估计算机网络性能的另一个重要的性能指标。也称为 提早。
• == 时延是指数据从网络中的一个结点达到另一个结点所须要的工夫 ==。
• 计算机网络中，通常将连贯两个结点的间接链路称为一个“跳步”（hop），简称“跳“。
• 在存储—转发形式的分组替换网络中，只有剖析分明分组在每一跳过程的时延，就能够求得任意状况下，分组从源节点达到目标结点的时延。
• 分组的每跳传输过程次要产生 4 类时间延迟：结点解决时延 （nodal processing delay）， 排队时延 （queueing delay）， 传输时延 （transmission delay）和 流传时延（propagation delay）。
  

1. 结点解决时延

• 每个分组达到替换结点（如路由器）时，替换设施通常可能须要验证分组是否有过错，依据分组携带的信息（如目标地址）检索转发表，确定如何转发该分组，还有可能批改分组的局部管制信息等。
• 分组进行这些操作所耗费的工夫总和，够形成了结点解决时延，记为 $$d_c$$，结点解决时延通常很小，在网络总时间延迟时经常被疏忽。

2. 排队时延

• 当一个分组达到替换结点时，在该分组前可能还有其余分组正在或期待替换到雷同的输入链路，或者替换到输入链路后在该分组之前还有其余分组在期待通过输入链路进行发送。
• 这些情景都须要分组在替换结点进行临时缓存，排队期待输入链路可用，分组在缓存中排队期待的工夫就是排队时延，记为 $$d_q$$。
• 排队时延很不确定，兴许分组达到后毋庸期待任何工夫，解决完结后间接通过输入链路进行发送，此时没有排队时延；兴许该分组之前有很多分组在排队，则该分组的排队时延就会很长。

3. 传输时延

• 当一个分组在输入链路发送时，== 从发送第一位开始，到发送完最初一位为止，所用的工夫，称为传输时延，也称为发送时延，记为 $$d_t$$==。假如分组长度为 $$L$$bit，链路带宽（速率）为 $$R$$bit/s，则分组的传输时延为

  ​ $$d_t=L/R$$

• 在报文交换网络中，也能够计算在某链路上传输一个报文的传输时延，即 $$M/R$$，其中 $$M$$（bit）为报文长度。

4. 流传时延

• 分组中的每个比特在发送到物理介质上时，是利用物理信号的某种特色示意的（编码），如利用脉冲电信号的高电平示意”1“，低电平示意”0“。不同物理信号在不同介质内的传播速度不同，如真空中光信号传播速度约为 $$3*10^8$$m/s，电信号在铜介质中传播速度约为 $$2*10^8$$m/s。
• 信号从发送端发送进去，通过肯定间隔的物理链路达到接收端所须要的工夫，称为流传时延，记为 $$d_p$$。
• 若物理链路长度为 $$D$$（m），信号传播速度为 $$V$$（m/s)，则流传时延为 $$d_p=D/V$$。

• 综上，一个分组通过一个跳步所需工夫为

  • $$d_h=d_c+d_q+d_t+d_p$$。

三，时延带宽积

• == 一段物理链路的流传时延与链路带宽的乘积，称为时延带宽积，记为 $$G$$==，于是

  ​ $$G=d_p*R$$

• 时延带宽积 $$G$$ 的单位是 位。
• 时延带宽积的物理意义在于：如果将物理链路看作一个传输数据的管道的话，时延带宽积示意一段链路能够包容的数据位数，也称为以位为单位的链路长度。

四，丢包率

• 当网络拥挤特地重大时，新达到的分组甚至已无缓存空间暂存该分组，此时替换结点会抛弃分组，就会产生”丢包“景象。

• 丢包率常被用于评估和掂量网络性能的指标 ，在很大水平上能够反映网络的拥挤水平，因为 引发网络丢包的次要因素是网络拥塞。丢包率能够定义为

  ​ $$\eta=N_1/N_s=(N_s-N_r)/N_s$$

  • $$N_s$$ 为发送分组总数；$$N_r$$ 为接管分组总数；$$N_1$$ 为失落分组总数。

五，吞吐量

• 吞吐量 （throughput） 示意在单位工夫内源主机通过网络向目标主机理论送达的数据量 ，单位为bit/s 或B/s（字节每秒），记为 $$Thr$$。
• 吞吐量用于度量网络的理论数据传送能力，即网络理论的能够达到的源主机到目标主机的数据传送速率。受网络链路带宽，网络连接复杂性，网络协议，网络拥塞水平等因素影响。
• 对于分组替换网络，源主机到目标主机的吞吐量在现实状况下约等于瓶颈链路的带宽。

第五节 计算机网络体系结构

一，OSI 参考模型

• OSI 参考模型采纳分层结构化技术，将整个计算机网络的通信性能分为 7 层，由低到高别离是：物理层 ， 数据链路层 ， 网络层 ， 传输层 ， 会话层 ， 表示层 ， 应用层。

1. 物理层

• 物理层的次要性能是在传输介质上实现无构造比特流传输。无构造比特流是指不关怀比特流理论代表的信息内容，只关怀如何将 0 和 1 这些比特以适合的信号传送到目的地，因而，物理层要实现信号编码性能。

2. 数据链路层

• 数据链路层的次要性能是实现在相邻结点之间数据牢靠而无效的传输。
• 数据在物理介质内传输过程，不能保障没有任何谬误产生。为了能实现无效的差错控制，就采纳了一种以”帧“为单位的数据块传输方式。
• 要采纳帧格局传输，就必须有相应的帧同步技术，这就是数据链路层的”成帧“（也称为”帧同步“）性能，包含定义帧的格局，类型，成帧的办法等。
• 数据链路层的另一个重要性能是寻址，即用来确保每一帧都能精确地传递到正确的接管方，接管方也应该晓得发送方的地址，这在应用播送介质的网络中尤为重要，如计算机中采纳 MAC 地址。

3. 网络层

• 网络层的次要性能是数据转发与路由

  • 在替换网络中，信息从源结点登程，要通过若干个中继结点的存储转发后，能力达到目标结点。
  • 这样一个包含源结点，中继结点，目标结点的汇合称为从源结点到目标结点的门路。
  • 个别两个结点之间都会有多条门路抉择，这种路由抉择是网络层要实现的次要性能之一。
• 网络层还要对进入替换网络的通信量加以控制，以防止通信量过大造成替换网络性能降落。
• 网络层也要具备寻址性能，确保分组能够被正确传输到目标主机，如 IP 地址。

4. 传输层

• 传输层的性能次要包含复用 / 合成（辨别发送和接管主机上的过程），端到端的牢靠数据传输，连贯管制，流量管制和拥塞管制机制等。

5. 会话层

• 会话层的次要性能

  • 在建设会话时核实单方身份是否有权加入会话。
  • 确定单方领取通信费用。
  • 单方在各种抉择性能方面（如全双工还是半双工通信）获得统一。
  • 在会话建设当前，须要对过程间大的对话进行治理与管制。
• 在理论的网络中，会话层的性能曾经被应用层所笼罩，很少独自存在。

6. 表示层

• 次要用于解决利用实体间替换数据的语法；实现文本压缩 / 解压缩，数据加密 / 解密，字符编码的转换等性能。

7. 应用层

• 应用层与提供给用户的网络服务相干，包含文件传送，电子邮件，P2P 等。应用层为用户提供了一个应用网络应用的”接口“。

• OSI 参考模型的 7 层中，

  • 1~3 层次要负责实现数据交换和数据传输，称为网络低层；
  • 5~7 层次要是实现信息处理服务的性能，称为网络高层。
  • 低层与高层之间由第 4 层连接。

2. OSI 参考模型无关术语

1. 数据单元

• 在层的实体之间传送的比特组称为 数据单元 。在对等层之间传送数据单元是依照本层协定进行的，因而，这时的数据单元称为 协定数据单元（PDU）。

2. 服务拜访点

• 相邻层间的服务是通过其接口面上的 服务拜访点（Service Access Point，SAP）进行的，N 层 SAP 就是（N+1）层能够拜访 N 层的中央。每个 SAP 都有一个惟一的地址号码。

3. 服务原语

• 第 N 层向（N+1）层提供服务，或第（N+1）层申请 N 层提供服务，都是用一组原语（Primitive）形容的。OSI 参考模型的原语有 4 类。

  • == 申请 ==（Request）：用户实体申请服务做某种工作。
  • == 批示 ==（Indication）：用户实体被告知某件事产生。
  • == 响应 ==（Response）：用户实体示意对某件事的响应。
  • == 证实 ==（Confirm）：用户实体收到对于它的申请的回答。

4. 面向连贯的服务和面向无连贯的服务

• 面向连贯的服务以电话零碎最为典型，要和某人通话，拿起电话—拨号—接通—通话—挂断。某一方欲传送数据，首先给出对方的全称地址，并申请建设连贯，当双方同意后，单方之间的通信链路就建设起来。
• 无连贯服务没有建设和拆除链路的过程 ，如：邮政零碎的用户在发送函件之前并不用与收信方进行任何信息替换。 无连贯的服务又称为数据报（Datagram）服务。

二，TCP/IP 参考模型

• TCP/IP 参考模型包含 4 层，通常每一层封装的数据包采纳不同的名称。

1，应用层

• TCP/IP 参考模型将 OSI 参考模型中会话层和表示层的性能合并到应用层来实现。

2，传输层

• TCP/IP 参考模型的传输层次要包含面向连贯，提供牢靠数据流传输的传输控制协议 TCP 和无连贯不提供牢靠数据传输的用户数据报协定 UDP。

3，网络互联层

• 是整个 TCP/IP 参考模型的外围，次要解决把数据分组发往目标网络或主机的问题。
• 网络互联层的外围协定是 IP，负责定义分组的格局和传输。
• IP 是无连贯不牢靠网络协议，因而，IP 分组达到的程序和发送的程序可能不同。
• 网络互联层还包含互联网管制报文协定 ICMP，互联网多播组治理协定 IGMP 以及路由协定，如 BGP，OSPF 和 RIP 等。

4，网络接口层

• TCP/IP 参考模型并没有真正形容这一层的实现，只是要求可能提供给其下层—网络互联层一个拜访接口，以便在其上传递 IP 分组。
• 这层对应 OSI 参考模型中的数据链路层和物理层，网络层 IP 分组在这一层被封装到底层网络的链路层数据帧中，并最终以比特流的模式在物理介质上进行传输。

三，五层参考模型

• 包含 物理层 ， 数据链路层 ， 网络层 ， 传输层 与应用层，各层性能根本与 OSI 参考模型对应。
• 用户的数据在应用层以报文的模式开始向下一层进行封装，造成段，数据报，帧，最初以比特流的模式进行传输。在两头节点处，别离从对应的数据报，帧中取出相应的路由或地址信息并进行解决，并根据转发策略向正确的接口转发数据报或帧。当数据达到目标主机后，自下而上，逐层解决并去掉相应的头部信息，最终还原为最后的报文，交付给用户。