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【考研计网：基础版】第一章：计算机网络体系结构
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本章纲要
计算机网络概述（1）计算机网络概念，组成，功能（2）计算网络的分类计算机网络体系结构与参考模型（1）计算机网络分层结构（2）计算机网络协议，接口，服务等（3）ISO/OSI 参考模型 和 TCP/IP 模型
关键：（1）对基本概念需要适当记忆，（2）掌握5层/7层分层结构，尤其是ISO/OSI各层的相关协议，接口，服务，（3）掌握性能指标，尤其是时延，带宽，速率，吞吐率计算 1. 计算机网络概述计算机网络的概念广义定义的一个通信网络，资源共享，各机独立自治，用户透明 1.1 计算机网络的组成 从组成部分看：硬件，软件，协议，缺一不可。从工作方式看：分为边缘部分和核心部分从功能组成上看：分为通信子网（数据通信的基础），资源子网（提供共享的服务） 1.2 计算机网络的功能 数据通信资源共享（软件，硬件，数据）分布式处理（多CPU计算机）提高可靠性（替代机）负载均衡（解决多并发问题） 1.3 计算网络的分类按分布范围来看： 广域网WAN：因特网的核心部分，长距离通信，采用交换技术城域网MAN：针对街区和城市，大多采用以太网技术局域网LAN：采用广播技术按传输技术来看： 广播技术：所有联网的计算机共享一个信道，A发送报文的时候，全部人都”听到“，目标计算机会通过检查目的地址来决定是否接收该分组点对点技术：两台物理计算机，发送的数据通过多个中间结点接收，存储和转发到达目的节点按拓扑结构分类： 网状网络：多用在广域网中，分为有规则和非规则，每个节点至少有两条路径和其他节点相连按使用者分类： 专用网：军事什么的用到公用网按交换技术分类： 电路交换网络：在源节点和目的节点之间建立一条专用的通路，整个过程完成建立连接，传输数据，断开连接三个阶段。（例如：传统的电话网络）报文交换网络：我们给需要发送的数据加上源地址，目的地址，校验码之类的信息，然后封装起来再发送，各个节点之间传输，但是这样子处理的话，也会存在一些些问题，那就是报文的大小是不确定的，目标计算机对缓冲区难以进行管理分组交换网络：我们定义一个报文包的大小，固定下来，这样的速度是最快的，因为长度固定之后，我们可以采取很多的优化算法对此进行优化，但是需要处理大量的校验信息。 1.4 标准化所有的互联网标准都以RFC的形式发布 ★ 1.5 性能指标 带宽：最高数据率，是一个速度，单位：bit/s时延：指的是从发送端到接收端需要的总时间，包括：发送时延，传播时延，处理时延，排队时延（1）发送时延（传输时延）：指的是分组将所有的比特推送到传输链路所需要的时间，从分组发送的第一个比特开始计算到最后一个比特发送完毕所需要的时间 发 送 时 延 = 数 据 长 度 / 信 道 宽 度 发送时延 = 数据长度/信道宽度 发送时延=数据长度/信道宽度（2）传播时延：电磁波在信道中所需要花费的时间 传 播 时 延 = 信 道 长 度 / 电 磁 波 在 信 道 上 的 传 播 速 率 传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率（3）处理时延：在交换节点上处理所需要花费的时间，比如校验，查找路由等（4）排队时延：在路由器中等待队列的时间时延带宽积：表示整个信道管道能容下的比特数量。 时 延 带 宽 积 = 传 播 时 延 ∗ 信 道 带 宽 时延带宽积 = 传播时延 * 信道带宽 时延带宽积=传播时延∗信道带宽
我们需要知道开销是什么，就是分组的报文头，丢失是什么，就是丢掉的那组数据，我们设 D D D 为每组数据的字节数，那么我们需要分的组数为 n = 1 0 6 / D n = 10^6/D n=106/D 每一组发生的开销是： 1 0 2 10^2 102，那么所有的组一共的开销就是： n ∗ 1 0 2 = 1 0 8 / D n*10^2= 10^8/D n∗102=108/D 题目提到丢失了一组数据，所以，我们丢失了： D D D 这样子，我们就能写出表达式： Y = D + 1 0 8 / D Y= D+10^8/D Y=D+108/D 把 D D D代入进去，我们就能计算出我们需要的结果了。 如果我们需要求最小值，需要求个微分就是了。 d y = ( 1 − 1 0 8 D 2 ) d D dy=(1-\frac{10^8}{D^2})dD dy=(1−D2108)dD 当 D = 1 0 4 D=10^4 D=104的时候， d y / d D = 0 dy/dD=0 dy/dD=0，所以分组数据大小的最佳值是10000字节 考虑一个最大距离是2KM的局域网，当带宽等于多大时，传播时延等于100B分组的发送时延？（传输速率是 2 ∗ 1 0 8 m / s 2*10^8 m/s 2∗108m/s）对于分组是512B的结果呢？分组交换的时延计算=发送时延+传输时延+处理和排队时延（一般我们研究） 带宽，就是一个速度，而 发送时延 = 分组长/信道宽，宽就是一个速率。从题目里面，我们知道信道长是 2 ∗ 1 0 3 m 2*10^3 m 2∗103m，所以传输时延 = 信道长/传输速率，直接可以算这个 1 0 − 5 s = 2 ∗ 1 0 3 m 2 ∗ 1 0 8 m / s 10^{-5}s=\frac{2*10^3 m}{2*10^8m/s} 10−5s=2∗108m/s2∗103m 了。 现在说发送时延等于传输时延，我们直接可以推算出带宽咯。（带宽是一个速度，记住这个！！） 1 0 − 5 = 1 0 2 带 宽 10^{-5} = \frac{10^2}{带宽} 10−5=带宽102 带宽是 1 0 7 B / s = 80 M b / s 10^7 B/s = 80Mb/s 107B/s=80Mb/s 分析电路交换和分组交换的详细过程计算。假设现在有需要发送的报文x比特，从源点到终点需要经过k段链路，每段链路的传播时延为d秒，数据传输速率为b比特每秒。在电路交换时电路的建立时间为s秒。在分组交换时的分组长度为p比特，且各个节点的排队等待时间可以忽略不计，问在怎样的条件下，分组交换的时延比电路交换的要小？首先，我们需要明确电路交换的时延计算公式 = 建立连接时延 + 发送时延 + 传播时延 而分组交换的时延计算公式 = 发送时延 + 传播时延 两者的传播时延已经知道了，kb，电路交换的时延 = s + x/b + kd 我们需要好好体会一下发送时延这个时间，就相当于把数据放到公路上，电路交换是把全部都放上来之后再进行传输。 分组交换则是放上来一部分就开始运一部分了。 对于分组交换，我们设有 n 个分组，采用存储转发技术，一个站点发送时延是 t = p/b，在多个点的流动当中，每个节点我们都需要重新打包转发，当我们经过 k-1 个 t 之后，从第k个t开始，每个t就会有一个分组到达目的地，所以全部的传送完需要的发送时延是： ( k − 1 + n ) t (k-1+n)t (k−1+n)t 所以，分组交换的总时延是 kd+(k-1+n)p/b 当 np = x 的时候，分组交换的总时延小于电路交换的总时延 在下列情况下，计算传送1000KB文件所需的总时间，即从开始传送时起知道文件的最后以为到达目的地为止的时间。假设往返时间RTT为100ms，一个分组是1KB（即1024B）的数据，在开始传送整个文件数据之前进行的起始握手过程需要2RTT的时间。（1）带宽是1.5Mb/s，数据分组可连续发送 （2）带宽是1.5Mb/s，但在发送完每一个数据分组之后，必须等待一个RTT，才能发送下一个数据分组 （3）假设带宽无限大，也就是说我们的发送时延是0，但是在等待每个RTT后可以发送多达20个分组 （1）总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 握手时延 发送时延 = 1000KB/1.5Mb/s = 5.46s 传播时延 = 100ms/2 = 50ms 握手时延 = 200ms 总共 5.71s （2）无非就是在每个组发送前增加一次握手，一共是1000个组。5.71s+999 * 0.1 = 105.61s （3）发送时延变成 0 ，我们需要考虑传播时延。和第一题不同的是，23题我们中途需要握手才能继续传输，一共有1000组，我们需要发送 50次。 0.5RTT + 2RTT + 49RTT = 5.15s 2. 计算机网络体系结构和参考模型 2.1 计算机网络分层结构我们把计算机网络的各层以及协议的集合称为网络的体系结构，实体指的是任何可发送或者接受信息的硬件和软件进程，同一层称为对等层，同一层的实体称为对等实体。
对于 PDU，在每一层的叫法不一样，在物理层的PDU叫比特，在链路层的PDU叫帧，网络层的PDU叫分组，传输层的PDU叫报文。
 上层用户只看的见服务，看不见下面的协议。
服务的分类 面向连接的服务：需要建立连接之后才能通信，这样的话，双方可以分配相应的缓冲区，保证通信的正常进行，结束之后就释放资源。TCP就是这样的协议无连接的服务：发送的时候直接发送，尽最大努力交付，不保证通信的可靠性。IP，UDP通信就是一种无连接的通信。有应答：接收方在接受数据之后会给发送方给出相应的应答，比如，文件传输服务就是有应答的服务无应答：接收之后不给出应答 2.2 ISO/OSI 参考模型和TCP/IP 模型
我们再来看看TCP/IP，其实这是一个简化的ISO/OSI 模型： |
下层的服务者为上层的用户提供服务。传输的每一个数据块是一个 PDU（协议数据单元），分为服务数据单元（SDU）和协议控制单元（PCI）。
我们主要学习的是OSI模型，低三层是通信子网，高三层是资源子网。
ISO/OSI 模型的最大贡献是精准的定义了三个主要的概念：服务，接口，协议，而TCP/IP 模型考虑到了多种异构网的互联问题。【本文地址】