计算机网络（绪论）_往返时间rrt

计算机网络（绪论）
体系结构
物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层
各层设备：
1.集线器：
主要功能是对接受到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有结点集中在以它为中心的节点上，物理层设备，它与网卡、网线等传输介质一样属于局域网中的基础设施。
2.网桥：早期的两端口数据链路层网络设备，用于连接不同网段的计算机网络设备，网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理，工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离和范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。
3.交换机：数九链路层设备
4.路由器：用于连接多个逻辑上分开的网络，（逻辑网络：代表一个单独的网络域子网）具有判断网络地址和选择路径的功能，属于网络层的一种互联设备。
5.网关：又称网间连接器（协议转换器），网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互联设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连，网关既可以用于局域网也可以用于广域网；能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换。

路由器连接相似的网络 网关连接不相似的网络。

**第一章计算机网络体系结构**
1

1.21世纪的重要特征：数字化、网络化和信息化，以网络为核心的信息时代。
2.三类大家所熟悉的网络：电信网络、有线电信网络、计算机网络
三网融合
电信网络：向大家提供电话、电报及传真等服务。
有线电信网络：向用户传递各种电视节目。
计算机网络：使用户能够在计算机之间传递数据文件
在三网融合的基础上加入电网即四网融合

一、概念
由若干结点和链接该结点的链路组成。
一般认为，计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，同构通信设备与线路链接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。
互联：通过通信链路互联互通
自治：无主从关系

互联网是网络中的网络，网络把许多计算机连接在一起，互联网则把许多网络通过一些路由器连接在一起。
计算机网络的发展阶段：
1.第一阶段：
从单向网络ARPANET（阿帕网）向互联网发展的过程 （分组交换网）
希望实现不同网络的互联1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议因特网
人们把1983年作为互联网的诞生时间
Internet（互联网或因特网）是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的由众多网络相互连接而成的特定互联网它采用TCP/IP协议族作为通信的规则。
Internet（互连网）是一个通用名词，它泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络，这些计算机网络之间的通信协议即（通信规则）可以任意选取不一定要用TCP/IP协议。
2.第二阶段：
三级结构的互联网
1985年，美国 国家科学基金网NSFNET，分为主干网、地区网、校园网（或企业网）
3.第三阶段：
全球范围的多层次ISP结构的互联网
IXP：使用一个因特网交换点二不用道主干ISP使其直接相连。
二、计算机网络的组成
1.从组成部分上看
主要由硬件、软件、协议（核心）三大部分组成。
硬件由主机（也成端系统）、通信链路、交换设备（路由器、交换机）和通信处理机等组成
软件实现资源的共享和方便用户使用（属于应用层）
2.从工作方式上看
分为边缘部分和核心部分
边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，供用户直接使用，用来进行通信（指的是进程通信）和资源共享
小的端系统可以是一个普通个人电脑也可以是一个很小的摄像头
在网络边缘的端系统之间的通信方式可以分为两类：C/S方式、P/P方式
i.C/S方式（客户/服务器模式）
最常用、最传统的服务和被服务关系
客户是服务请求方 服务器是服务
B/S方式是C/S方式的一个特例，只是将客户换成了浏览器而已。
主机越多，下载速度越慢
ii.P2P方式
对等连接方式（Peer to Peer）指两台主机在通信时并不区分哪一个时服务请求方，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，他们就可以进行平等连接通信。
主机越多下载速度越快
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘提供服务（提供连通性和交换性）
3.从功能组成上看
分为通信子网和资源子网
通信子网：（对数据进行传输）
各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成
实现互联网之间的数据通信
资源子网：（对数据进行封装处理）
实现资源共享和数据处理
三、计算机网络的功能
1.数据通信
是计算机网络最基本和最重要的功能，用来实现计算机之间各种信息的传输，并将分散在不同地理位置的计算机联系起来，进行统一的调配、控制和管理。
2.资源共享
同一个计算机网络上的其他计算机可以使用某台计算机的计算机资源的行为。可以是软件共享、数据共享也可以是硬件共享。它使计算机网络中的资源互通有无、分工协作，从而极大地提高硬件资源、软件资源和数据资源的利用率。
3.分布式处理
多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分。
4.提高可靠性
可以通过网络互为替代机。
5.负载均衡
讲任务均衡的分配给计算机网络中的各台计算机。
四、计算机网络的分类
1.按分布范围分类
广域网WAN（交换技术） 提供长距离通信，运送主机所发送的数据，其覆盖范围通常是直径几十千米到几千千米的区域，有时也称远程网，是因特网的核心部分。
城域网 覆盖范围可以跨越几个街区甚至整个城市，多采用以太网技术
局域网LAN（广 播技术）覆盖范围小直径为几十米到几千米的区域
个人区域网 也称无线个人区域网覆盖范围直径约为10米
若中央处理器之间的处理非常近，则一般称为多处理器系统，而不称计算机网络。
2.按传输技术分类
广播式网络 （应用总线型） 所有联网计算机都共享一个公共通信信道
点对点网络 通常对应广域网
3.按拓扑结构分类
网络中的拓扑结构是指由网中结点（路由器、主机等）与通信线路（网线）之间的几何关系（如总线形、环形）表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构。
总线形：一个主机发出的消息所有主机都能接收到
星形：通常考察结点个数与中间链路之间的关系 例：若6个结点则需要五条链路
4.按使用者分类
公用网 专用网
5.按交换技术分类
电路交换网络:在源结点和目的结点之间建立一条专用的物理连接线路，在数据传输结束之前这条线路一直保持，用于传送数据，包括建立连接（呼叫/电路建立）、传输数据（数据传输）和断开连接（拆除电路）三个阶段。最典型的电路交换网络是传统电话网络。
特点：独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽，适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求搞的大量数据传输的情况。
优点:数据直接传送、时延小缺点：线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便进行差错控制。
报文交换网络：使用存储转发
分组交换网络：使用存储转发技术，把一个报文划分成几个分组后再进行传送（将要发送的整块数据称为一个报文）。在每个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组（分组又可以称为“包”，而分组的首部可称为“包头”）。
正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确的交付到分组传输的终点。
分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的链路的通信资源，分组在那段链路上传送才占用这段来链路的通信资源。分组到达一个路由器后，先暂时存储下来，查找转发表，然后从一条合适的链路转发出去。
小结：
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结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
6.按传输介质分类
有线、无线
五、标准化工作及相关组织（了解）
六、计算机网络的性能指标
1.速率:连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。
数据的传送速率也称数据率或比特率
2单位：b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s
3换算：当提到网络的速率时，往往指的是额定速率或标称速率，而非网络实际上运行的速率。
（提到速率是换算以10为底提到存储容量时换算以2为底）
2.带宽
概念：
1.原指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。
2.计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指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”。（网络设备所支持的最高速度）
2单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s 。
3.吞吐量
概念：
1.表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位b/s， kb/s，Mb/s等。
2.吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
4.时延：是指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是s。
（发送速率加快不会影响传播速率和传播时延，只会影响发送时延）
网络时延由几个不同的部分组成：
发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间。也就是从发。电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0×105 km/s，电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间要略低一些。例如，电磁波在铜线电缆中的传播速率约为2.3×105 km/s，电磁波在光纤中的传播速率约为2.0×105 km/s。如果光纤线路长度为1000 km。则产生的传播时延为1000/2.0×105 =5ms
3.处理时延（检错找出口）：主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。
4.排队时延（等待输入/输出链路可用）：分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要现在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。

数据在网络中经历的总时延就是以上四种时延之和：
总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
一般来说，小时延的网络要优于大时延的网络。但在某些情况下，一个低速率、小时延是网络很可能要优于一个速率高但时延大的网络。
在总时延中，究竟是哪一种时延占主导地位，必须具体分析。
5.时延带宽积
（描述数据量）
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度（即某链路上现在有多少比特 容量）
时延带宽积=传播时延×带宽

6.往返时间RRT
概念 ：往返时间表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，总共经历的时间。在互联网中，往返时间还包括各中间结点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。
RTT不包括传输时延，也就是不包括所有信息从主机放到信道上的这一段时间。
RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
往返传播时延=传播时延*2
RTT包括
末端处理时间

7.利用率
概念：有信道利用率和网络利用率，信道利用率和网络利用率过高会产生非常大的延时
七、体系结构与参考模型
1.为什么要分层：
发送文件前要完成的工作:
​ (1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
​ (2）要告诉网络如何识别目的主机。
​ (3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
​ (4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
​ (5）确保差错和意外可以解决。
2.分层的基本原则：
（1）各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
（2）每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
（3）结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
（4）保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
（5）整个分层结构应该能促进标准化工作。
3.分层结构：
网络层各数据单元的联系
SDU服务数据单元:为完成用户所要求的功能而应传送的数据。第N层的数据服务单元记为n-SDU.
PCI协议控制信息:控制协议操作的信息。第N层的协议控制信息记为n-PCI.
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU。第N层的协议数据单元记为n-PDU.
在各间层传输数据时，把从n+1层收到的PDU作为第n层的SDU，加上第n层的PCI,就变成了第n层的PDU，交给第n-1层后作为SDU发送，接收方接收时做相反的处理。
三者的关系为：N-SDU+N-PCI=N-PDU=（N-1）SDU.
几个概念：
实体：第n层中的活动元素称为n层实体同一层的实体叫对等实体。
协议：为进行网络中的对等实体​间数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。
【水平】
协议大三要素：
语法：规定传输数据的格式
语义：规定所要完成的功能
同步：规定各种操作的顺序
接口：(访问服务点SAP)：上层使用下层服务的入口。
服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】
概念总结：
1.网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
2.计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。
3.计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
4.第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提
5.仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
6.体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

4.ISO/OSI模型和TCP/IP模型
7层OSI参考模型（法定标准）与4层TCP/IP参考模型（事实标准）5层结构体系
ISO/OSI参考模型由来：国际标准化组织（ISO）于1984年提出开放系统互连（OSI）参考模型。但是！理论成功，市场失败。
ISO/OSI参考模型提出来的目的：支持异构网络系统异构网络系统的互联互通。

ISO/OSI参考模型解释通信过程

物联网淑惠试用（记忆版）
国际标准化组织（ISO）提出的网络体系结构模型，称为开放系统互连参考模型（OSI/RM），通常简称OSI参考模型。OSI参考模型有七层，自下而上以此为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。低三层称为通信子网，它时为了联网而附加的通信设备，完成数据的传输功能；高三层称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的处理等工能。传输层承上启下。
OSI参考模型各层的功能：
.物理层
（对数据并步做出过多的处理仅是传送数据）
物理层的传输单位是比特，任务是透明的比特流传输，功能是在物理媒体上为数据端设备透明的传输原始比特流。
协议：RJ45、802.3

透明传输：指不管所传输的数据是什么组合，都应当能够在链路上传送。
.数据链路层
数据链路层传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装称帧。数据链路层的功能可以包括为：成帧（帧的开始和结束）、差错控制（帧错+位错）、流量控制、传输管理（访问接入控制/控制对信道的访问）。
协议：SDLC、HDLC、PPP、 STP和帧中继
网络层
传输单位是数据报，它关心的是通信子网的控制，主要任务是把网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。主要功能：对分组进行路由选择、并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互联等。
协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF等。
.传输层（端到端的通信）
传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP），传输层主要负责主机中两个进程之间的通信，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，为端到端连接提供流量控制、差错控制、可靠传输、不可靠传输、复用分用。、

复用：多个应用层进程同时使用下面传输层的服务。
分用：传输层把接收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
协议：TCP、UDP
.会话层（使用传输大文件）
允许不同主机上的各个进程之间进行通话。利用传输层提供端到端的服务，想表示层提供它的增值服务。这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也称建立同步（SYN）。
功能：建立、管理及终止进程间的会话，使用校验点是通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步。
主要协议：ADSP、ASP
.表示层
主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法、语义）。不同机器采用的编码和表示方法不同，使用的数据结构也不同。
功能：数据格式变换、数据加密解密、数据压缩与恢复
主要协议：JPEG、ASCⅡ
.应用层（所有能和用户交互产生网络流量的程序）
用户与网络的界面
典型的协议：用于文件传输的FTP、用于电子邮件的STMP、用于万维网的HTTP等。

TCP/IP模型
先诞生的是协议栈，对协议栈进行划分后得到TCP/IP参考模型

物理层和数据链路层合并得到网络接口

OSI模型和TCP/IP模型的比较：
1.相同点：
都分层
都是基于独立的协议栈的概念
可以实现异构网络的互连
2.不同点：
第一，OSI定义三点：服务、协议、接口
第二，OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
第三，TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次
第四，OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，而在传输层仅有面向连接的通信；TCP/IP模型在网络层仅有一种无连接的通信模式，但传输层提供无连接和面向连接两种模式。

概 念 补 充 ：分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着，当数据传输完毕，必须释放连接。而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输。

结合OSI和TCP/IP模型的优点提出了五层协议的体系结构：
物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层