计算机网络-概述

目录

一.互联网

1.0简介

1.1互联网发展的三个阶段

1.2互联网组成

1.2.1 简介

1.2.2 边缘部分

1.2.3 核心部分

1.3计算机网络类别

1.3.1按照范围分类

1.3.2按使用者分类

1.3.3用来把用户接入互联网的网络 

1.4计算机网络性能

1. 速率（Data Rate / Bit Rate）

2. 带宽（Bandwidth）

3. 时延（Delay / Latency）

4. 时延带宽积（Delay-Bandwidth Product）

5. 吞吐量（Throughput）

6. 利用率（Utilization）

7. 丢包率（Packet Loss Rate）

8. 错误率（Error Rate）

9. 往返时间RTT

2.体系结构

2.1协议

​编辑 2.2体系结构

1. 物理层（Physical Layer）

2. 数据链路层（Data Link Layer）

3. 网络层（Network Layer）

4. 传输层（Transport Layer）

5. 应用层（Application Layer）

五层的协作关系

生活化类比

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一.互联网

1.0简介

        网络，由若干节点和链路组成，节点可以是计算机、集线器、路由器等。

        多个网络通过路由器连起来，构成一个覆盖范围更大的网络，称为互联网。

1.1互联网发展的三个阶段

1. ARPANET分组交换网
2. 三级互联网架构
   1. 主干网
   2. 地区网
   3. 校园网（企业网）
3. 多层次ISP结构互联网（Internet service provider）

IXP（Internet exchange point）互联网交换节点，允许两个ISP网络直接相连并交换分组，减少分组转发的延迟时间，降低分组转发的费用。

1.2互联网组成

1.2.1 简介

互联网由 边缘部分 和 核心部分组成

1.2.2 边缘部分

即连接在互联网上的所有主机，这些主机又称端系统。

主机间（进程）的通信方式可以划分为两大类：C/S， P2P（在CH6详细介绍）

C/S

对等连接（P2P）

是指两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方和哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的对等连接通信。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。因此这种工作方式也称为P2P方式。在图1-6中，主机C，D，E和F都运行了P2P程序，因此这几台主机都可进行对等通信（如C和D，E和F，以及C和F）。实际上，对等连接方式从本质上看仍然使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户同时又是服务器。例如主机C，当C请求D的服务时，C是客户，D是服务器。但如果C又同时向p提供服务，那么C又同时起着服务器的作用。

1.2.3 核心部分

核心部分起作用的是路由器，是实现分组交换的关键构建，其任务是转发收到的分组。

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换——整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。

分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻节点，存储下来后查找转发表，转发到下一个节点。

 

1.3计算机网络类别

1.3.1按照范围分类

• 广域网（WAN wide area network）几十到几千公里
• 城域网（MAN metropolitan area network）5-50km
• 局域网（LAN local area network）1km左右
• 个人区域网（PAN personal area network）10m

1.3.2按使用者分类

• 公用网
• 专用网

1.3.3用来把用户接入互联网的网络 

接入网AN(access network)

1.4计算机网络性能

1. 速率（Data Rate / Bit Rate）

速率是指数据传输的速率，表示网络中传输数据的速度，一般用**比特每秒（bps，Bits per Second）**为单位，常见的单位还有kbps、Mbps、Gbps等。

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2. 带宽（Bandwidth）

带宽指网络信道所能传输数据的最高速率，即信道的容量。单位通常是bps，但也可以用赫兹（Hz）来表示模拟信号的频带宽度。

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3. 时延（Delay / Latency）

时延是指数据从网络中的一个节点传输到另一个节点所需要的时间，通常包括以下四部分：

• 发送时延（Transmission Delay）： 数据从发送端主机发送到链路上的时间。 发送时延=数据长度发送速率 发送时延=发送速率 / 数据长度​
• 传播时延（Propagation Delay）： 数据在信道中传播所需要的时间，与传播距离和信号传播速度有关。  传播时延=信号传播速度 / 信道长度​
• 排队时延（Queuing Delay）： 数据包在路由器或交换机队列中等待处理的时间。
• 处理时延（Processing Delay）： 路由器或交换机处理数据包所需的时间。

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4. 时延带宽积（Delay-Bandwidth Product）

时延带宽积是传播时延与信道带宽的乘积，表示在网络中可以容纳的最大数据量，通常用于衡量链路的性能。

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5. 吞吐量（Throughput）

吞吐量是指单位时间内通过网络传输的数据量。受限于带宽和网络设备性能，实际吞吐量往往小于理论带宽。

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6. 利用率（Utilization）

网络利用率分为信道利用率和网络利用率：

• 信道利用率： 信道被有效利用的时间比例。
• 网络利用率： 整个网络中所有信道的平均利用率。

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7. 丢包率（Packet Loss Rate）

丢包率是指网络中由于拥塞、错误等原因导致的数据包丢失的比例，通常以百分比表示。

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8. 错误率（Error Rate）

错误率是指在传输过程中，数据位被错误接收的概率，一般用**误码率（BER，Bit Error Rate）**表示。

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9. 往返时间RTT

2.体系结构

2.1协议

 2.2体系结构

1. 物理层（Physical Layer）

• 职责：负责传输原始比特流，也就是把 0 和 1 转化为电信号、光信号或无线信号，通过物理介质（如网线、光纤、无线电波）传输。
• 通俗解释：
  就像快递包裹的运输工具，负责把包裹从一个地方物理送到另一个地方。运输工具可以是卡车、飞机，甚至是邮递员骑自行车。
• 作用：解决如何传的问题。
  • 示例：网线、光纤、无线信号、以太网接口。

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2. 数据链路层（Data Link Layer）

• 职责：负责把物理层传输的比特流组装成帧（Frame），并在直接相连的设备之间实现数据的可靠传输。它还负责处理物理传输中的差错控制。
• 通俗解释：
  数据链路层就像快递包装部门。它负责检查包裹（数据帧）有没有破损，贴上地址标签（MAC地址）并打包好，保证邻居（直接相连设备）之间的传输可靠。
• 作用：解决如何在一个链路上传输可靠数据的问题。
  • 示例：MAC地址、以太网协议、Wi-Fi协议。

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3. 网络层（Network Layer）

• 职责：负责跨网络传输数据，实现多跳传输。它确定数据从源头到目的地的最佳路径，并使用逻辑地址（如IP地址）来识别设备。
• 通俗解释：
  网络层就像快递的路线规划员，负责选择最优的路线，把包裹从北京送到上海，即使需要经过多个中转站（路由器）。
• 作用：解决如何把数据从源头传到目标地址的问题。
  • 示例：IP协议、路由器。

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4. 传输层（Transport Layer）

• 职责：负责提供端到端的可靠传输服务，确保数据完整、有序、无丢失地送达目标应用程序。它使用端口号来标识具体的应用。
• 通俗解释：
  传输层就像快递的验货部门。它负责确认包裹数量是否正确（分段重组），有没有遗漏（丢包重传），以及是否按顺序送达。
• 作用：解决如何让数据可靠地送到目标程序的问题。
  • 示例：TCP协议（可靠传输）、UDP协议（快速传输）。

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5. 应用层（Application Layer）

• 职责：直接面向用户，提供各种网络服务，比如网页浏览、邮件、文件传输等。它负责解释数据，并让用户可以与网络交互。
• 通俗解释：
  应用层就像快递的签收员，负责接收包裹并把内容直接交给用户，比如打开包装盒取出商品。
• 作用：解决用户如何与网络交互的问题。
  • 示例：HTTP（网页浏览）、SMTP（邮件）、FTP（文件传输）。

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五层的协作关系

• 应用层想发信息（比如访问网页），内容被逐层加工：
  1. 应用层：生成网页请求。
  2. 传输层：把请求打成小包，标明发送应用程序的端口号。
  3. 网络层：标明目的地的IP地址。
  4. 数据链路层：标明下一跳设备的MAC地址。
  5. 物理层：将打包好的数据变成信号，通过网线或无线网络发出去。

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生活化类比

1. 你是应用层，决定买东西（发信息）。
2. 快递公司总部是传输层，负责确认包裹要送到哪个具体的仓库（端口）。
3. 快递公司物流系统是网络层，规划全国范围内的路线（IP地址）。
4. 本地配送中心是数据链路层，负责从配送中心送到具体小区（MAC地址）。
5. 快递员是物理层，骑车把包裹送到你家门口（信号传输）。