1.1计算机网络的定义：

image.png

1.2计算机网络的分类：

image.png

1.3计算机网络的性能指标

性能指标可以从不同的方面来度量计算机网络的性能。
常见的性能指标有8个：

  • 速率

image.png

  • 带宽

image.png

  • 吞吐量

image.png

  • 时延

image.png
image.png
image.png

  • 时延带宽积

image.png

  • 往返时间

往返时间 RTT 是指：从源主机发送分组开始，直到源主机收到来自目的主机的确认分组为止所需要的时间。
image.png

  • 利用率

image.png

  • 丢包率

image.png
image.png

1.4计算机网络体系结构

  • 1.4.1 常见的计算机网络体系结构

image.png
image.png

  • 1.4.2 计算机网络体系结构分层的必要性

image.png
image.png
image.png
image.png
物理层：解决使用何种信号来传输比特的问题
数据链路层：解决分组在一个网络 (或一段链路) 上传输的问题
网络层：解决分组在多个网络上传输 (路由) 的问题
运输层：解决进程之间基于网络的通信问题
应用层：解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题

image.png

  • 1.4.3 计算机网络体系结构中的专用术语

image.png
image.png
image.png
image.png
image.png
image.png

image.png
image.png

1.5 三种交换方式

电路交换：(Circuit Switching)

  • 电话交换机接通电话线的方式称为电路交换；
  • 从资源分配的角度来看，交换就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。
  • 电路交换的三个步骤：

(1) 建立连接 (分配通信资源)
(2) 通话 (一直占用通信资源)
(3) 释放连接 (归还通信资源)
image.png
如果要将 n 个电话机进行两两相连，需要 n(n-1)/2 对电线，这样做太浪费资源了，所以应当使用一个中间设备将这些电话连接起来，而这个中间设备就是电话交换机。
image.png
image.png
但如果使用电路交换来传送计算机数据，能否可行？
使用电路交换可以传送计算机数据，但线路的传输效率往往很低。这是因为计算机数据是突发式的出现在传输线路上的。所以计算机网络通常采用分组交换，而不是电路交换。

分组交换：(Packet Switching)（重点）

  • 发送方：构造分组、发送分组
  • 路由器：缓存分组、转发分组，也就是存储转发
  • 接收方：接受分组、还原报文

image.png
H6 发送的 “0101”这样的数据称为报文，在报文前面添加首部后，就构成了一个分组，也可简称为“包”。首部也可称为“包头”。
添加首部的作用：
首部中包含了分组的目的地址：分组传输路径中的分组交换机 (也就是路由器) 在收到一个分组后，先将分组暂时存下来，再检查其首部，按照首部中的目的地址进行查表转发，找到合适的分组后准发给下一个分组交换机。
H2 收到分组后，去掉分组的首部，将各数据段组合还原出原始报文。

报文交换：(Message Switching)

报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。所以不在详细介绍。

电路交换、报文交换、分组交换的对比

image.png
电路交换的优点：

  • 通信时延小：这是因为通信线路为通信双方用户所占用，数据直达，因此通信时延非常小。当连续传输大量数据时，这一优点非常明显。
  • 有序传输： 这是因为通信双方之间只有一条专用的通信线路，数据只在这一条线路上传输，因此不存在失序问题。
  • 没有冲突： 不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现征用物理信道的问题。
  • 适用范围广： 电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。
  • 实时性强
  • 控制简单

电路交换的缺点：

  • 建立连接时间长
  • 线路独占，使用效率低：电路交换一旦建立连接，物理通路就被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用。
  • 灵活性差 ：只要连接所建立的物理通路中的任何一点出现了故障，就必须重新拨号建立新的连接。对于十分紧急和重要的通信是很不利的。
  • 难以规格化：电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信。也难以在通信过程中进行差错控制。

报文交换的优点：

  • 无需建立连接：不存在建立连接的时延，用户可以随时发送报文。
  • 动态分配线路：当发送方把报文传送给节点交换机时，交换机线存储整个报文，然后选择一条合适的空闲线路，将报文发送出去。
  • 提高了线路可靠性：如果某条传输路径发生故障，会重新选择另一条路径传输数据。
  • 提高线路利用率：通信双方并不是固定占用一条通信线路，而是在不同的时间分段部分占用物理线路。
  • 提供多目标服务：一个报文可以同时发送给多个目的地址。

报文交换的缺点：

  • 引起了转发时延：这是因为报文在节点交换机上要经历存储转发的过程。
  • 需要较大的存储缓存空间：这是因为报文交换对报文的大小没有限制。
  • 需要传输额外的信息量：这是因为报文需要携带目的地址、源地址等信息。

分组交换的优点：

  • 无需建立连接：分组交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在建立连接的时延，用户可以随时发送分组。
  • 线路利用率高：通信双方不是固定的占用一条通信线路，而是在不同的时间分段部分占用物理线路。
  • 简化了存储管理：因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，管理起来也相对容易。
  • 加速传输：由于分组是逐个传输的，这就使得后一个分组的存储操作可以与前一个分组的转发操作可以同时进行。
  • 减少出错概率和重发数据量：因为分组比报文小，所以出错概率必然减小。即便分组出错，也只需重传出错的部分，这比重传整个报文的数据量小很多。

分组交换的缺点：

  • 引起了转发时延：这是因为分组在节点交换机上要经历存储转发的过程。
  • 需要传输额外的信息量：将原始报文分割成等长的数据库块，每个数据块都要加上源地址、目的地址等控制信息，从而控制分组，因此使得传送的信息量增大了。
  • 对于数据包服务，存在失序、丢失或重复分组的问题；对于虚电路服务，存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。