因特网

  • 基于ISP的三层结构的因特网

  • 因特网的组成

三种交换方式

电路交换

  • 电话交换机 接通电话线的方式称为 电路交换
  • 三个步骤：
    • 建立连接 （分配通信资源）
    • 通话 （一直占用通信资源）
    • 释放连接 （归还通信资源）
  • 传输计算机数据时效率很低 （因为计算机数据传输是 突发式的）

分组交换

  • 通过路由器 传送 分组
  • 三方：
    • 发送方： 构造分组、发送分组
    • 路由器： 缓存分组、转发分组 （存储转发）
    • 接收方： 接收分组、还原报文

报文交换

  • 没有限制报文大小的交换， 需要各个节点交换机有较大的缓存空间

优缺点

电路交换

  • 优点：
    • 通信时延小
    • 有序传输
    • 没有冲突
    • 适用范围广
    • 实时性强
    • 控制简单
  • 缺点：
    • 建立连接时间长
    • 线路独占、使用效率低
    • 灵活性差
    • 难以规格化

报文交换

  • 优点：
    • 无需建立连接
    • 动态分配线路
    • 提高线路可靠性
    • 提高线路利用率
    • 提供多目标服务
  • 缺点：
    • 引起了转发时延
    • 需要较大存储缓存空间
    • 需要传输额外的信息量

分组交换

  • 优点：
    • 无需建立连接
    • 提高线路利用率
    • 简化了存储管理 （分组大小固定）
    • 加速传输（在转发分组时可以同时存储下一个分组）
    • 减少出错概率和重发数据量（分组小，从而出错概率小，重发量小）
  • 缺点：
    • 引起了转发时延
    • 需要传输额外的信息量
    • 对于数据报服务，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

计算机网络的分类

计算机网络的性能指标

速率

  • 传送比特的速率，也称 比特率
  • 单位：bit/s(bps)bit/s (bps)
    • kb/s=103bit/skb/s = 10^3 bit/s
  • 速率单位中 是以10310^3 进制的
  • 数据量单位中 是以2102^10 进制的

带宽

在模拟信号系统的意义

  • 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)Hz (kHz, MHz, GHz)

计网中的意义

  • 表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示 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：bit/s(bps)bit/s (bps) 与速率单位相同

吞吐量

  • 单位时间内通过某个网络的数据量
  • 受网络的带宽或额定速率的限制

时延

  • 由 发送时延、传播时延、处理时延构成
  • 发送时延 = 分组长度(b) / 发送速率(b/s)
  • 传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波传播速率(m/s)
  • 处理时延 不方便计算

时延带宽积

  • 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

往返时间 RTT

Round-Trip Time 双向交互一次的时间 RTT

利用率

  • 信道利用率： 用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)

  • 网络利用率： 全网络的信道利用率的加权平均

  • 当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也会迅速增加

  • 如令D0D_0 表示网络空闲时的时延，DD 表示网络当前时延，可以用下面简化的公式表示时延与利用率UU的关系：

D=D01−UD = \dfrac{D_0}{1-U}

  • 因此一些有较大主干网的ISP通常会控制它们的 信道利用率不超过 50%。

丢包率

  • 即分组丢失率，在一定时间内，传输过程中丢失的分组数与总分组数的比率
  • 分组丢失主要两种情况：
    • 分组在传输过程中出现误码, 被结点丢弃；
    • 分组到达一台队列已满的交换机时被丢弃，在通信量较大时造成网络拥塞
  • 丢包率反应了网络的拥塞情况
    • 无拥塞时 丢包率为0
    • 轻度拥塞时 为 1% - 4%
    • 严重拥塞时 为 5% - 15%

计算机网络体系结构

体系结构层次

术语

  • 实体： 任何可发送或接受信息的硬件或软件进程

  • 对等实体： 收发双方相同层次中的实体

  • 协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

  • 协议的三要素： 语法 语义 同步

    • 语法 定义所交换信息的格式
    • 语义 定义收发双方所要完成的操作
    • 同步 定义收发双方的时序关系

  • 在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能向上一层提供服务

  • 协议时 “水平的”， 服务是 “垂直的”

  • 服务访问点： 在同一系统中 相邻两层的实体交换信息的逻辑接口

    • 数据链路层 的 服务访问点为 帧的“类型”字段
    • 网络层 的 服务访问点为 IP数据报首部中的“协议字段”
    • 运输层 的 服务访问点为 “端口号”

  • 服务原语： 上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语

  • 协议数据单元PDU: 对等层次之间传送的数据包 称为该层的协议数据单元

  • 服务数据单元SDU: 同一系统内，层与层之间交换的数据包 称为服务数据单元