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文章目录

一、基本概念

二、网络边缘

三、网络核心

四、时延类型

五、丢包和吞吐量


 

计算机网络是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备,通过通信线路连接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现资源共享和信息传递的计算机系统。本篇将介绍总结计算机网络的入门知识。

脑图:

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一、基本概念

1.1、通信链路

通信链路有许多类型,它为各种主机之间的通信提供了媒介,这些媒介包括同轴电缆、铜线、光纤等。不同的链路可以以不同的速率传输数据,链路的传输速率以比特每秒(bit/s或bps)度量。

1.2、分组

当一台主机要向另一台主机发送数据时,发送端将数据分段,并且为每一段加上首部字节标识,由此形成的信息包被称为分组(package),这些分组通过通信链路传输到另一端的主机,文件头一般是一些说明性数据,例如源地址和目标地址,数据类型等。数据部分就是真正要传达给对象的内容。

1.3、路由器与链路层交换机

分组交换机的作用是从它的一条入通信链路接受到到达的分组,并从它的一条出通信链路转发该分组。其中最著名是两种分组交换机为路由器和链路层交换机。

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1.4、套接字接口

套接字接口(socket)规定了端系统或某个应用程序请求因特网其他设施或者向其他端系统发送数据或者接受数据的规范集合。

1.5、ISP

ISP即因特网服务器提供商,端系统通过ISP才能够接入因特网,每个ISP自身就是一个由多台分组交换机和多条通信链路组成的网络。

1.6、网络协议

网络协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序,以及报文的传送以及接受的一系列动作。

二、网络边缘

2.1、端系统

上面一直有提到的端系统属于网络的边缘。端系统也被称为主机,因为它们容纳和运行应用程序,如WEB服务器、邮件服务器、个人PC、手机登都可被称为端系统。

2.2、接入网

接入网是将端系统物理连接到其边缘路由器的网络。边缘路由器是端系统到任何其他端系统之间的第一台路由器。

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三、网络核心

3.1、分组交换

在各种网络应用中,端系统之间彼此交换报文(message),报文能包括协议设计者需要的任何东西。而分组交换指的是发送端将报文分割为一小段一小段的分组,分组通过路由器转发到相应的通信链路传输到另一端中被接收端处理的过程,称为分组交换。

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分组交换采用了存储转发传输的机制,当端系统发送一个大报文给其他端系统时,它会将小分组传输到其他的路由器中存储,当另一个路由器完全接受收到完整的报文时,它就会将其传输到接受端系统或者接收端路由器。

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3.2、电路交换

电路交换是一种基于真实物理链路的端对端交换,发生端首先建立一个连接,然后霸占着这条连接,最后通过这条连接传输数据。

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四、时延类型

在介绍时延类型之前首先需要了解什么是时延。

在分组的传递过程中,分组从一个端系统出发,通过一系列路由器、通信链路最终到达目的端系统,在这个过程中会产生传输的延时,这被称为时延。这些时延中最重要的时延分为节点处理时延、排队时延、传输时延和传播时延,这些时延相加起来即为总时延。

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4.1、节点处理时延

路由器检查分组首部和决定该分组导向如何所需要的时间是节点处理时延的一部分,在处理完节点的导向之后,路由器将其放入自身的输出队列中。

4.2、排队时延

在路由器的输出队列中,当分组在链路上等待传输的时间即为排队时延。

4.3、传输时延

分组在路由器输出队列出队时被推向输出通信链路所需要的时间被称为传输时延。

4.4、传播时延

分组在通信链路中传输的时间被称为传播时延,这有别于传输时延。

五、丢包和吞吐量

5.1、排队时延和丢包

在各种节点时延类型中,最为复杂和有趣的是排队时延。首先需要介绍产生排队时延的前提:输出队列。

输出队列是位于路由器中的一个输出缓存,它用于存储路由器准备发往那条链路的分组。当分组到达路由器时发现队列中仍有分组在传输,此时该分组就会入队等待,所以产生了排队时延。

当输出队列的大小被占据完后,后面再进来的分组将无法被接纳进队列中,所以路由器将其丢弃,这就产生了丢包。

5.2、带宽和吞吐量

带宽是指在单位时间内,端系统之间传输的最大数据量,即最大速率,一般用比特每秒描述(bps)。
吞吐量是指对网络、设备、端口或其他设施在单位时间内成功地传送数据的 数量(以比特、字节等测量单位) 也就是说吞吐量是指在没有帧丢失的情况下,设备能够接收并转发的最大数据速率。

吞吐量的大小主要由网络设备的内外网口硬件,及程序算法的效率决定,尤其是程序算法,对于像需要进行大量运算的设备来说,算法的低效率会使通信量大打折扣。