计算机网络-概述
学习笔记，包含以下内容：
- 网络、互联网（互连网）和因特网
- 三种交换方式
- 计算机网络的性能指标
网络、互联网（互联网）和因特网
网络（Network）由若干结点（Node）和连接这些节点的链路（Link）组成。
多个网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网（或互连网）。因此，互连网是“网络中的网络（Network of Network）”
因特网（Internet）是世界上最大的互联网络（用户数以亿计，互连的网络数以百万计）
Internet与internet的区别
internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。
Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。
名词解释
ISP：因特网服务提供者
因特网的组成
① 边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。
② 核心部分：由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。
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（Switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
电路交换的三个步骤：
- 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）
当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。
分组交换
三种交换方式的对比
计算机网络的定义和分类
计算机网络的较好的定义是：计算机网络主要由一些通用的、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。
- 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。
- 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）。
计算机网络的分类
电路交换网络
报文交换网络
分组交换网络
公用网
专用网
有线网络
无线网络
广域网（WAN）
城域网（MAN）
局域网（LAN）
个域网（PAN）
总线型网络
星型网络
环型网络
网状型网络
计算机网络的性能指标
速率
计算题：有一个待发送的数据块，大小为100MB，网卡的发送速率为100Mbps，则网卡发送完该数据块需要多长时间？
$$\frac{100MB}{100Mb/s} = \frac{MB}{Mb/s} = \frac{2^{20}·8 b }{10^{6}b/s} ≈ 8.4s$$
带宽
一条通信线路的“频带宽度”越宽，其所传输数据的“最高数据率”也越高。
吞吐量
吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
吞吐量被经常用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
吞吐量受网络的带宽或额定速率的限制。
时延
发送时延 ： $$ \frac{分组长度(b)}{发送速率(b/s)} $$ ，与网卡的发送速率、信道带宽、接口速率都有关。
传播时延： $$ \frac{信道长度(m)}{电磁波传播速率(m/s)} $$
处理时延： 路由器接收数据后，对数据进行存储转发所消耗的时间。
计算题： 数据块长度为100MB，信道带宽为1 Mb/s，传送距离为1000 km，计算发送时延和传播时延。
$$ 发送时延 = \frac{分组长度(b)}{发送速率(b/s)} = \frac{100 × 2^{20} × 8(b)}{10^6(b/s)} = 838.8608s $$
$$ 传播时延 = \frac{信道长度(m)}{电磁波传播速率(m/s)} = \frac{1000 × 10^3(m)}{2 × 10^8(m/s)} = 0.005s $$
时延带宽积
$$ 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽 $$
往返时间
在很多情况下，因特网上的信息不仅仅单方向传输，而是双向交互。因此，往返时间RTT（Round-Trip Time）也是一个重要指标。
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。
根据排队论，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。因此，信道的利用率并非越高越好。
如果令$$ D_0 $$ 表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式来表示D、$$ D_0 $$ 和利用率U之间的关系：
$$ D = \frac{D_0}{1 - U} $$
- 当网络的利用率达到 50% 的时候，时延就要加倍。
- 当网络的利用率超过 50% 的时候，时延急剧增大。
- 当网络的利用率接近 100% 的时候，时延就趋近于无穷大。
- 因此，一些拥有较大主干网的ISP通常会控制他们的信道利用率不超过 50% 。如果超过了，就要准备扩容，增大线路的带宽。
- 也不能使信道利用率太低，这会使宝贵的通信资源被白白浪费。应该使用一些机制，可以根据情况动态调整输入到网络中的通信量，使网络利用率保持在一个合理的范围内。
丢包率
丢包率即分组丢失率，是指在一定的时间范围内，传输过程中丢失的分组数量与总分组数量的比率。
丢包率具体可分为接口丢失率、结点丢包率、链路丢包率、路径丢包率、网络丢包率等。
丢包率是网络运维人员非常关心的一个网络性能指标，但对于普通用户来说往往并不关心这个指标，因为他们通常意识不到网络丢包。
分组丢失主要有两种情况：
- 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分组交换机时被丢弃，在通信量较大时就可能造成网络拥塞。
丢包率反映了网络的拥塞情况：
- 无拥塞时路径丢包率为0
- 轻度拥塞时路径丢包率为1% ~ 4%
- 严重拥塞时路径丢包率为5% ~ 15%
