计算机网络知识点汇总（二）

计算机网络知识点汇总

第1章计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述

1.1.1 计算机网络的概念

​ 计算机网络是由若干个结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中的结点可以是就三级、集线器、交换机、或者路由器等，网络之间通过路由器进行互联，构建成一个覆盖范围更广的计算机网络，这样的网络是互连网。

1.1.2 计算机网络的组成

​ 1、组成部分不同：计算机网络可以分为硬件、软件、协议三大部分组成，硬件是由主机、通信链路、交换设备(路由器、交换机)和通信处理机(网卡)等组成；软件主要包含实现各种资源共享的软件(E-mail软件、FTP程序)；协议是计算机的核心，用于规定网络传输数据的规范。

2、工作方式不同：边缘部分和核心部分，边缘部分由所有连接到互联网供用户直接使用的主机组成，用来进行通信和资源共享；核心部分主要由网络和路由器组成，为边缘提供连通性和交换服务。

​ 3、功能组成不同： 计算机网络主要由通信子网和资源子网组成，通信子网简单点就是给数据网络传输过程提供通信条件的，资源子网则是提供数据资源的。

1.1.3 计算机网络的功能

1. 数据通信

   计算机网络的基本功能，用于实现各种信息的传输；

2. 资源共享

   计算机网络之前数据传输实现共享，可以是硬件、数据、软件共享；

3. 分布式处理

   计算机网络中某个计算机的负载过大时，将复杂的任务分配给其他计算机系统，提高系统利用率。

4. 提高可靠性

5. 负载均衡

1.1.4 电路交换、报文交换、分组交换

1、电路交换

​ 电路交换分为三步:连接建立、数据传输和连接释放。在进行数据传输前，两个结点之间必须先建立一条专用(双方独占)的物理通信路径(由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成)，该路径可能经过许多中间结点。在数据传输过程中，这一物理通信路径始终被用户独占，直到通信结束后才被释放。如下图所示：

电路交换技术的优点如下:

1. 通信时延小。因为通信线路为通信双方专用，数据直达，所以传输时延非常小。
2. 有序传输。双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
3. 没有冲突。不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题。
4. 适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号，又适用于传输数字信号。
5. 实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可随时通信。
6. 控制简单。电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。

电路交换技术的缺点如下:

1. 建立连接时间长。电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说太长。
2. 线路利用率低。物理通路被通信双方独占，即使线路空闲，也不能供其他用户使用。
3. 灵活性差。物理通路中的任何一点出现故障，就必须重新拨号建立新的连接。
4. 难以规格化。不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信。
5. 难以实现差错控制。中间结点不具备存储和检验数据的能力，无法发现并纠正错误。

2、报文交换

​ 数据交换的单位是报文,用户数据加上源地址、目的地址等信息后,后封装成报文(message)。报文交换采用存储转发技术，整个报文先传送到相邻的结点，全部存储后查找转发表，转发到下一个结点，如此重复，直至到达目的结点。每个报文都可单独选择到达目的结点的路径。

报文交换技术的优点如下:

1. 无须建立连接。通信前无须建立连接，没有建立连接时延，用户可随时发送报文。
2. 动态分配线路。交换设备存储整个报文后，选择一条合适的空闲线路，转发报文。若某条传输路径发生故障，则可重新选择另一条路径传输数据。
3. 线路可靠性高。
4. 线路利用率高。报文在哪段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。
5. 提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址。

报文交换技术的缺点如下:

1. 转发时延高。交换结点要将报文整体接收完后，才能查找转发表转发到下一个结点。
2. 缓存开销大。报文的大小没有限制，这就要求交换结点拥有较大的缓存空间。
3. 错误处理低效。报文较长时，发生错误的概率相对更大，重传整个报文的代价也很大。

3、分组交换

`分组交换`也采用存储转发技术，但解决了报文交换中报文过长的问题。若报文太长，则对交换结点的缓存容量就有很大的需求，在错误处理方面也比较低效。源结点在发送之前，先把较长的报文划分成若干较小的等长数据段，在每个数据段前面添加一些由必要控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等)组成的首部，构成`分组(Packet)`。

分组交换技术的优点如下:

1. 无建立时延。通信前无须建立连接，没有建立连接时延，用户可随时发送分组。
2. 线路利用率高。分组在哪段链路上传送时才占用这段链路的通信资源。相比采用电路交换传送突发式的计算机数据，分组交换的通信线路利用率大大提高。
3. 简化了存储管理(相对于报文交换)。因为分组的长度固定，相应缓冲区的大小也固定在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。
4. 加速传输。分组是逐个传输的，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组比传输一次报文所需的缓冲区小得多，这样，因缓冲区不足而等待发送的概率及时间必然也少得多。
5. 减小了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出错概率必然减小，所以每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，而且减小了传输时延。

分组交换技术的缺点如下:

1. 存在存储转发时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延小存储转发时延，且其结点交换机必须具有更强的处理能力。
2. 需要传输额外的信息量。每个小数据段都要加上控制信息以构成分组，这使得传送的信息量增大了 5%~10%，进而使得控制复杂，降低了通信效率，增大了处理的时延。
3. 当分组交换网采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组的情况，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，而这些工作很麻烦。若采用虚电路服务，则虽然没有失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。，但相对于电路交换仍存在

4、三种交换方式的对比

1.1.5 计算机网络的分类

1、按分布范围进行分类

​ 1）广域网(WAN)

​ 2）城域网(MAN)

​ 3）局域网(LAN)

​ 4）个人区域网(PAN)

2、按传输技术分类

​ 1）广播式网络

​ 2）点对点式网络

3、按照拓扑结构分类

​ 网络拓扑结构是指由网中结点(路由器、主机等)与通信线路之间的几何关系表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构。按网络的拓扑结构，可分为总线形、星形、环形和网状网络等，如图所示。星形、总线形和环形网络多用于局域网，网状网络多用于广域网。

4、按使用者分类

​ 1）公用网(Public Network)。指电信公司出资建造的大型网络。“公用”的意思是指所有愿意按电信公司的规定缴纳费用的人都可使用这种网络

​ 2） 专用网(Private Network)。指某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络。这种网络不向本单位外的人提供服务，如铁路、电力、军队等部门的专用网。
5、按传输介质分类
​ 传输介质可分为有线和无线两大类，因此网络可分为有线网络和无线网络。有线网络又可分为双绞线网络、同轴电缆网络等，而无线网络又可分为蓝牙、微波、无线电等类型。

1.1.6 计算机网络的性能指标

1、速率

速率是指数据的传送速率（即每秒传送多少个比特），也称为数据率（Data Rate）或比特率（Bit Rate 是计算机中数据量的基本单位 。速率的基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）。

​ 速率的基本单位是比特/秒（bit/s，可简记为b/s，有时也记为bps，即bit per second）。速率的常用单位有千比特/秒（kb/s或kbps）、兆比特/秒（Mb/s或Mbps）、吉比特/秒（Gb/s或Gbps）以及太比特/秒（Tb/s或Tbps）

2、带宽

​ 带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，即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。

数据传送速率 = min [ 主机接口速率，线路带宽，交换机或路由器的接口速率 ]

3、吞吐量

​ 吞吐量是指在单位时间内通过某个网络或接口的实际数据量。吞吐量常被用于对实际网络的测量，以便获知到底有多少数据量通过了网络。 吞吐量受网络带宽的限制。

4、时延

​ 时延是指数据从网络的一端传送到另一端所耗费的时间，也称为延迟或迟延。 数据可由一个或多个分组、甚至是一个比特构成。

（1）发送时延(传送时延)也称传输时延。结点将分组的所有比特推向链路所需的时间，即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。

（2）传播时延电磁波在信道(传输介质)中传播一定的距离所花的时间，即一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间。

（3）处理时延数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要处理所花的时间。例如分析分组的首部、从分组中提取数据、差错检验或查找合适的路由等。

（4）排队时延分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。路由器确定转发端口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。

1. 速率的常用单位有千比特/秒（kb/s或kbps）、兆比特/秒（Mb/s或Mbps）、吉比特/秒（Gb/s或Gbps）以及太比特/秒
2. （Tb/s或Tbp

6、时延带宽积

​ 时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

7、往返时间

​ 往返时间（Round-Trip Time，RTT）是指从发送端发送数据分组开始，到发送端收到接收端发来的相应确认分组为止，总共耗费的时间。

8、信道利用率

​ 信道利用率用以指出某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的。

​ 信道利用率=有数据通过时间/(有+无)数据通过时间

计算报文交换、分组交换的传播时延

1. 首先计算一个分组的传播时延
2. 计算剩余分组-1个分组的传播时延