计算机网络之基本概念
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· 2021-06-29
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01
什么是计算机网络？
对于计算机网络 (以下简称网络)，很难给出一个精确的定义。
可以简单地作如下理解：
网络是通过相应的链路连接若干分散的结点，以实现信息传递的系统。
所谓的结点指的是计算机、集线器、交换机或路由器等。
02
什么是互联网？
我们非常熟悉的互联网，是指网络与网络之间，通过通用的协议所串连而成的庞大国际网络。
从工作方式上看，互联网可以划分为两大块，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，由用户直接使用，用来进行通信和资源共享。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供连通性和交换等服务。
03
计算机网络的性能
想要衡量计算机网络的性能，需要对应的性能指标。这部分内容，对我们来说更加具体一些，对于分析问题也更实用一些。
速率：数据的传输速率，又称数据率、比特率，单位是 bit/s。
带宽：在通信原理中用带宽表征信号所具有的频带宽度 (信号所包含谐波的最高频率和最低频率之差)，单位是 Hz。在计算机网络中用带宽表征通道传送数据的能力 (单位时间内网络中的某信道所能通过的最高数据率)，单位是 bit/s。
吞吐量：单位时间内通过某网络的实际数据量，单位是 bit/s。
时延：数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间，也称延迟，单位是 s。互联网在线服务，尤其是 To C 的在线服务，时延往往是极为重要的考虑因素，过高的时延约等于服务不可用。而时延是一个总体的概念，可以细分来看：
发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，单位是 s。发送时延 = 数据帧长度 (bit) / 发送速率 (bit / s)。
传播时延：信号 (电磁波) 在信道中传播所耗费的时间，单位是 s。传播时延 = 信道长度 (m) / 信号在信道中的传播速率 (m / s)。
处理时延：主机或路由器处理信息所耗费的时间，单位是 s。
排队时延：信息传递过程中可能会经过很多路由器，在路由器的输入队列和输出队列中可能会产生一定时间的排队等待，这就是排队时延，单位是 s。
综上所述，总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
利用率：可分为信道利用率和网络利用率。信道利用率指该信道有数据通过的时间比率，网络利用率指所有信道利用率的加权平均值。利用率越高，时延越大。当前时延 = 空闲时延 / (1 - 利用率)。
04
计算机网络体系结构
如上图所示，OSI 七层协议体系结构概念比较清楚，理论比较完整，但相应的也比较复杂和不够实用，而通过对其进行简化，得到五层协议体系结构，可以在简洁性和理论完整性之间取得一个折中。该五层协议的体系结构是我们最常讨论的体系结构，自然也是面试的一个重点。
接下来，我们将对五层协议中所涉及的内容，按照自上而下的顺序作一个简要的陈述。详细的讨论将在接下来的文章中展开，敬请期待！
应用层
应用层是体系结构中的最高层，其任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。如 HTTP、DNS、SMTP等均属于应用层协议。
运输层
运输层负责为主机之间的进程通信提供通用的数据传输服务。运输层主要使用以下两种协议：
传输控制协议 TCP —— 提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段。
用户数据报协议 UDP —— 提供无连接的、尽最大努力 (不保证数据传输的可靠性) 的数据传输服务，其数据传输单位是用户数据报。
网络层
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时，网络层把报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。
数据链路层
数据链路层将网络层的 IP 数据报组装成帧 (包含同步信息，地址信息，差错控制等)，在相邻的两结点之间的链路上进行传送。
物理层
物理层的责任是用合适的电压表示数据的值，0 或者 1。
综上所述，本文关于计算机网络基本概念的总结就到这里了。在后续的文章中将会对本文中所讲述的内容进行详细的展开，敬请期待！
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参考资料
《计算机网络》谢希仁 著
《计算机网络原理》陈妍、王志文、朱海萍、 李增智 编著
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