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计算机网络概述_时延带宽积计算例题

作者：花生_TL007 | 2024-02-29 09:10:41

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时延带宽积计算例题

作者：渴望力量的土狗

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专栏：计算机网络

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三种交换方式：电路交换，分组交换和报文交换

网络、互连网（互联网）和因特网

网络（Network)是由若干结点（Node)和连接这些结点的链路（Link)组成。

多个网络可以通过路由器连接起来，构成一个更大范围的网络，也就是互联网（互连网），是由互联网就是网络中的网络。

因特网是世界上最大的互连网络。

internet和Internet的区别

因特网简介

因特网服务提供者（Internet Service Provider，ISP）

因特网已发展成为基于ISP的多层次结构的互连网络

因特网的组成：

由核心部分和边缘部分组成：

边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成，这部分由用户直接使用。用来进行通信（传送数据）和资源共享。

核心部分：由大量的网络和连接在这些网络的路由器组成，这部分为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）

三种交换方式：电路交换，分组交换和报文交换

电路交换：

电话交换机接通电话线的方式称为电路交换。

从通信资源的分配角度来看，交换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（占用通信资源）

3、释放连接（归还通信资源）

如果我们使用电路交换来传输计算机数据1时候，它的线路的传输效率很低。（因为计算机的资源是突发性的，如果一个用户正在输入一份待传输的文件的时候，他所占用的资源没有被利用，别人也没有办法利用，这就造成了资源的一个浪费。）所以计算机网络一般采用的是分组交换的方式。

分组交换：

假设主机H1的用户要给主机H3的用户发送一条消息，通常我们把表示该消息的整块数据称为一个报文。

在发送数据之前，我们需要先把报文划分成一个个小的等长数据段，然后在每一个数据段的前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组，简称为包。首部也可以成为包头。（首部的关键作用：首部包含了传输的目的地址）

当我们发生的数据传到了目的地址后，也就是到了H3的位置，会进行去除首部的操作，并重新再次重组。得到完整的数据报文。

整个过程中各结点的作用：

分组交换的优缺点：

优点：1、没有建立连接和释放连接的过程。2、分组传输过程中逐段占用通信链路，有较高的通信线路利用率。3、交换节点可以为每一个分组独立选择转发路由，使得网络有很好的生存性。

缺点：1、分组首部带来了额外的传输开销。2、交换节点存储转发分组会造成一定的时延。3、无法确保通信时端到端通信资源全部可用，在通信量较大时可能造成网络拥塞4、分组可能会出现失序和丢失等问题。

报文交换：

报文交换是分组交换的前身。

在报文交换中，报文被整个地发送，而不是拆分成若干个分组进行发送。

交换节点将报文整体接收完成后才能查找转发表，将整个报文转发到下一个节点。

因此，报文交换比分组交换带来的转发时延要长很多，需要交换节点具有的缓存空间也大很多。

三种方式的对比：

若要连续传送大量的数据，并且数据传送时间远大于建立连接的时间，则使用电路交换可以有较高的传输效率。然而计算机的数据传送往往是突发式的，采用电路交换时通信线路的利用率会很低。

报文交换和分组交换都不需要建立连接（即预先分配通信资源），在传送计算机的突发数据时可以提高通信线路的利用率。

将报文构造成若干个更小的分组进行分组交换，比将整个报文进行报文交换的时延要小，并且还可以避免太长的报文长时间占用链路，有利于差错控制，同时具有更好的灵活性。

计算机网络的定义和分类：

计算机网络的定义：

没有精确定义。

不同阶段，不同定义反映当时计算机网络技术的发展水平。

现阶段计算机网络的一个较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

计算机网络的分类：

按交换方式分类：

按使用者分类：

按传输介质分类：

按覆盖范围分类：

按拓扑结构分类：

计算机网络的性能指标：

计算机网络的性能指标被用来从不同方面度量计算机网络的性能。

常用的八个计算机网络性能指标

速率：

比特（bit，记为小写b）是计算机中数据量的基本单位，一个比特就是二进制数字中的一个1或0。数据量的常用单位有字节（byte，记为大写B）、千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）以及太字节（TB）。

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）

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）。

一道练习题：

带宽：

带宽在模拟信号系统中的意义：

某个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，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。单位：b/s（kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s）。

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 ]

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。

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。

小练习：

时延带宽积：

时延带宽积是传播时延和带宽的乘积。

【举例】主机A和B之间采用光纤链路，链路长1km，链路带宽为1Gb/s，请计算该链路的时延带宽积。

因此，链路的时延带宽积也称为以比特为单位的链路长度，这对我们以后理解以太网的最短帧长是非常有帮助的。

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。

利用率：

根据排队论可知，当某链路的利用率增大时，该链路引起的时延就会迅速增加。当网络的通信量较少时，产生的时延并不大，但在网络通信量不断增大时，分组在交换节点（路由器或交换机）中的排队时延会随之增大，因此网络引起的时延就会增大。令D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在理想的假定条件下，可用下式来表示D、D0和网络利用率U之间的关系。