计算机网络第一章 Part2

1.5、计算机网络的性能指标

速率

• 比特：计算机中 数据量的单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0.
  • 1 Byte（字节） = 8 bit
• 速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率，也称为比特率或数据率
  • bit/s
• 
  • B和 b是不一样的！

带宽

• 带宽在模拟信号系统中的意义：
  • 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
• 

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。
• 吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上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
• 

带宽1 Gb/s的以太网，代表其额定速率是1 Gb/s，

这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。

因此，对于带宽1 Gb/s的以太网，可能实际吞吐量只有 700 Mb/s，甚至更低。

注意：吞吐量还可以用每秒传送的字节数或帧数表示

时延

• 时延：指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。

• 网络时延由几部分组成：

• 发送时延 分组长度（b） / 发送熟虑（b/s）

  • 主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间

• 传播时延 信道长度（m） / 电磁波传播速率（m/s）

  • 电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

• 处理时延

  • 主机或路由器在受到分组时要花费一定时间进行处理

• 排队时延

  • 分组在进过网络传输时，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。

• 有时会把排队时延看成处理时延的一部分

• 总时延=发送时延+传播时延+处理时延（处理时延+排队时延）

• 处理时延较难计算，题目中往往会忽略

• 

• 当处理时延忽略不计时，发送时延 和 传播时延谁占主导，要具体情况具体分析

时延带宽积

• 时延带宽积= 传播时延 * 带宽
• 

往返时间

• 因特网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互的
• 因此，我们有时很需要知道双向交互依次所需的时间。
• 往返时间（RTT Rount-Trip Time）

利用率

• 利用率有两种
• 信道利用率：用来表示某信道中有百分之几的时间是被利用过的（有数据通过）
• 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均

丢包率

• 丢包率即分组丢失率
• 是指在一定的时间范围内，传输过程中 丢失的分组数量与总分组数量的比率
• 具体分为：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

1.6、计算机网络体系结构 重点！！！

1、常见的计算机网络体系结构

如今用的最多的是 TCP/IP体系结构 OSI更像是理论上的学术标准，过度复杂

现今规模最大的、覆盖全球的、基于 TCP/IP的互联网并未使用 OSI标准

TCP/IP 体系结构相当于将OSI体系结构的物理层和数据链路层合并为了网络接口层

并去掉了会话层和表示层

TCP/IP在网络层使用的协议是 IP协议 也就是 网际协议

因此 TCP/IP体系结构的网络层称为网际层

在用户主机的操作系统中，通常都带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族。

而用于网络互连的路由器中，也带有符合TCP/IP体系结构标准的TCP/IP协议族。

只不过路由器一般只包含网络接口层和网际层。

• 网络接口层：并没有规定具体内容，这是为了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、无线局域网的WIFI接口等
• 网际层：它的核心协议是IP协议
• 运输层：TCP和UDP是这层的两个重要协议
• 应用层：该层包含了大量的应用层协议，如HTTP、DNS等
• IP协议（网际层）：可以将不同的网络接口（网络接口层）进行互连，并向其上的TCP协议和UDP协议（运输层）提供网络互连服务
• TCP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供可靠的传输服务。
• UDP协议在享受IP协议提供的网络互连服务的基础上，可向应用层的相应协议提供不可靠的传输服务。
• TCP/IP体系结构中最重要的是IP协议和TCP协议，因此用TCP和IP来表示整个协议大家族。

教学时把TCP/IP体系结构的网络接口层分成了物理层和数据链路层

2、计算机网络体系结构分层的必要性

物理层问题

• 严格来说，传输媒体并不属于物理层
• 计算机传输的信号，并不是图示的方波信号
• 这是为了便于理解

数据链路层问题

网络层问题

运输层问题

如何标识与网络通信相关的应用进程：

一个分组到来，应该交给哪个进程处理？ 浏览器进程还是QQ进程？

应用层问题

应用层应该用什么方法（应用层协议）去解析数据

小结

3、计算机网络体系结构分层思想举例

• 实例：主机的浏览器如何与Web服务器进行通信？
• 

解析：

• 主机和Web服务器之间基于网络的通信
• 实际上是主机中的浏览器应用 与 Web服务器中的Web服务器应用进程之间基于网络的通信

体系结构的各层在整个过程中起到什么作用？

1、发送方发送

• 第一步
  • 应用层按照HTTP协议的规定构建一个HTTP请求报文
  • 应用层将HTTP请求报文交付给运输层处理

• 第二步
  • 运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，使之成为TCP报文段
  • TCP报文段的首部格式作用是区分应用进程以及实现可靠传输
  • 运输层将TCP报文段交付给网络层处理

• 第三步
  • 网络层给TCP报文段添加一个IP首部，使之成为IP数据报
  • IP数据报的首部格式作用是使IP数据报可以在互联网传输，也就是被路由器转发
  • 网络层将IP数据报交付给数据链路层处理

• 第四步
  • 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧 （图示右边为首部，左边为尾部）
  • 该首部的作用主要是为了让帧能够在一段链路上或一个网络上传输，能够被相应的目的主机接收
  • 该尾部的作用是让目的主机检查所接收到的帧是否有误码
  • 数据链路层将帧交付给物理层

• 第五步
  • 物理层先将帧看做是比特流，这里的网络N1假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
  • 前导码的作用是为了让目的主机做好接收帧的准备
  • 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体

• 第六步
  • 信号通过传输媒体到达路由器

2、路由器转发

• 路由器中
  • 物理层将信号变为比特流，然后去掉前导码后，将其交付给数据链路层
  • 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后，将其交付给网络层，这实际交付的是IP数据报
  • 网络层解析IP数据报的首部，从中提取目的网络地址

• 路由器中
  • 提取目的网络地址后查找自身路由表。确定转发端口， 以便进行转发
  • 网络层将IP数据报交付给数据链路层
  • 数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，使之成为帧
  • 数据链路层将帧交付给物理层
  • 物理层先将帧看成比特流，这里的网络N2假设是以太网，所以物理层还会给该比特流前面添加前导码
  • 物理层将装有前导码的比特流变换成相应的信号发送给传输媒体，信号通过传输媒体到达Web服务器

3、接收方接收

• 和发送方发送过程的封装正好相反
• 在Web 服务器上
  • 物理层将信号变换为比特流，然后去掉前导码后成为帧，交付给数据链路层
  • 数据链路层将帧的首部和尾部去掉后成为IP数据报，将其交付给网络层
  • 网络层将IP数据报的首部去掉后成为TCP报文段，将其交付给运输层
  • 运输层将TCP报文段的首部去掉后成为HTTP请求报文，将其交付给应用层
  • 应用层对HTTP请求报文进行解析，然后给主机发回响应报文
• 发回响应报文的步骤和之前过程类似

4、计算机网络体系结构中的专用术语

以下介绍的专用术语来源于OSI的七层协议体系结构，但也适用于TCP/IP的四层体系结构和五层协议体系结构

实体

协议

• 协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合
• 之所以称为逻辑通信，是因为这种通信实际并不存在
• 他的存在是为了方便我们单独抽分研究
• 协议三要素
  • 语法：定义所交换信息的格式
  • 语义：定义收发双方所要完成的操作
  • 同步：定义收发双方的时序关系

服务

• 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务
• 要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务
• 协议是水平的，服务是垂直的

• 服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型
  • 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段
  • 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”
  • 运输层的服务访问点为“端口号”
  • 服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语

务

• 协议是水平的，服务是垂直的

[外链图片转存中…(img-I1SafDPF-1659007501434)]

[外链图片转存中…(img-6esI4U92-1659007501434)]

• 服务访问点：在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型
  • 数据链路层的服务访问点为帧的“类型”字段
  • 网络层的服务访问点为IP数据报首部中的“协议字段”
  • 运输层的服务访问点为“端口号”
  • 服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语

[外链图片转存中…(img-KyyuVtcx-1659007501434)]

最后

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