【网络】计算机网络-基本知识

概念

• 计算机网络是指将多台计算机通过通信设备连接起来，实现数据和资源的共享。

计算机网络功能

1. 数据通信：计算机网络实现了不同计算机之间的数据传输和通信。它允许用户在网络中发送和接收数据，包括文本、图像、音频和视频等。

2. 资源共享：计算机网络使得多个计算机可以共享硬件设备、软件应用和数据资源。通过网络，用户可以访问和共享其他计算机上的文件、打印机、扫描仪等资源。

3. 远程访问：计算机网络使得用户可以远程访问其他计算机上的资源和服务。通过远程访问，用户可以在任何地方使用他们需要的计算机资源，而不必在同一物理位置。

4. 信息传播和存储：计算机网络提供了传播和存储信息的渠道。通过网络连接，信息可以快速传递到目标地点，并在终端设备上存储和访问。

5. 同步和协同工作：计算机网络使得多个用户可以同时在同一份文档或项目上协同工作。通过网络，用户可以实时共享和编辑文件，促进协同工作和团队合作。

6. 网络娱乐和社交媒体：计算机网络提供了各种娱乐和社交媒体平台，使用户可以在网络上玩游戏、观看视频、在线聊天和社交互动。

7. 电子商务和在线交易：计算机网络极大地促进了电子商务的发展。通过网络，用户可以在线购物、进行网上银行、在线支付等各种在线交易。

8. 信息检索和搜索：计算机网络提供了广泛的信息资源，用户可以通过搜索引擎和在线数据库进行信息检索和搜索。

计算机网络的组成

• 组成部分：硬件、软件、协议
• 工作方式
  • 边缘部分：用户直接使用（C/S方式、P2P方式）
  • 核心部分：为边缘部分提供服务
• 功能组成
  • 通信子网：实现数据通信
  • 资源子网：实现资源共享/数据处理
    

计算机网络的分类

• 按分布范围分：计算机网络覆盖的地理区域决定了它的类型
  • 广域网WAN、城域网MAN、局域网WAN、个人区域网PAN
• 按使用者分：公用网、专用网
• 按交换技术分：电路交换、保温交换、分组交换
• 按拓扑结构分：总线型、星型、环型、网状型
• 按传输技术分
  • 广播式网络：共享公共通信信道
  • 点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制

网络地址

• 简称：网址。网络地址是一个用于标识设备所属网络的数值或字符序列。
• 它通常由一组位组成，可以表示为二进制、十进制或十六进制形式。
• 网络地址的作用是在网络中唯一标识设备，使得数据包能够正确地路由和传输。
• 网络地址可以分为物理地址和逻辑地址两种类型：
  • 物理地址：物理地址也称为MAC地址（Media Access Control Address），是由网络设备的网卡（Network Interface Card）硬件制造商分配的全球唯一地址。物理地址通常是48位或64位的二进制数，用于在局域网（LAN）中唯一标识设备。
  • 逻辑地址：逻辑地址是在网络层使用的地址，用于在不同网络中唯一标识设备。最常见的逻辑地址是IP地址（Internet Protocol Address），它由32位（IPv4）或128位（IPv6）的二进制数表示。逻辑地址通过路由选择和转发实现数据包在不同网络之间的传输。

网络地址的分类

根据其作用范围和分配方式来说有以下几类

• 广播地址。广播地址是用于向网络中的所有设备发送数据包的特殊地址。
  • 当数据包的目标地址设为广播地址时，网络中的所有设备都会接收到该数据包。
  • 广播地址通常在网络地址的末尾部分设置为全1，以示区分。
  • 在IPv4中，广播地址通常为255.255.255.255；
  • 而在IPv6中，广播地址由特殊的多播地址表示。
• 单播地址。单播地址是用于将数据包传输到网络中的单个设备的地址。
  • 当数据包的目标地址为单播地址时，数据包将仅发送给目标设备，而不会传输给其他设备。
  • 单播地址是网络通信中最常用的地址类型。
• 多播地址。多播地址是用于将数据包传输到一组特定设备的地址。
  • 多播地址是一种组播（Multicast）技术，允许将数据包发送到网络中的多个设备，这些设备属于同一组或组播组。
  • 多播地址是在IPv4和IPv6中都有支持的。IPv4的多播地址范围是224.0.0.0至239.255.255.255，而IPv6的多播地址则以ff00::/8开头。
• 子网地址。子网地址是对网络地址进行划分的一种方式，用于将一个大的网络划分为多个子网络。
  • 子网地址由网络地址和子网掩码组成，子网掩码指示了网络地址中哪些位是用于网络标识，哪些位是用于主机标识。
  • 通过子网地址，可以更有效地管理和组织网络，并提供更好的网络性能和安全性。

计算机网络相关性能指标

速率

• 速率即数据率或称数据传输率或比特率。
• 比特 1/0位
• 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。
• 单位是b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s
• 存储容量 1Byte（字节）= 8bit（比特）
  

带宽

1. 带宽原本是指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差，单位是赫兹。
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”。单位是“比特每秒”，b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s。

简而言之，带宽就是网络设备所支持的最高速度。

吞吐量

• 吞吐量是指在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位是b/s、kb/s、Mb/s等。
  

• 带宽100Mb/s指的是发送的速率（也是传输速率），而接收的速率一般看缓存的大小。

• 带宽是一种理想的状态。

时延

时延是指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端发送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位是S。

时延的种类：

1. 发送时延（传输时延） ：发送时延 = 数据长度/信道带宽
2. 传播时延
   • 传播时延取决于电磁波传播速度和链路长度。
   • 传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
3. 排队时延：等待输出/入链路可用
4. 处理时延：检错、找出口

时延带宽积

• 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽。
• 时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度，即“某段链路现在有多少比特”。

往返时延RTT

• 从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据化立即发送确认），总共经历的时延。
  

• 上图中的时间就是往返时延RTT。

• RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。

• RTT包括：

  • 往返传播时延 = 传播时延 * 2
  • 末端处理时间

• TTL是IP协议包中的一个值，它告诉网络路由器包在网络中的时间是否太长而应被丢弃。

• TL的作用是限制IP数据包在计算机网络中的存在的时间。TTL的最大值是255，TTL的一个推荐值是64。

利用率

• 信道利用率 = 有数据通过时间/（有+无）数据通过时间
• 网络利用率 = 信道利用率加权平均值