自考計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理（二）
第一章：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述
四、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能
（一）速率與帶寬
速率是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的性能指標(biāo)之一，它是指網(wǎng)絡(luò)單位時(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量，用以描述網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的快慢，也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率或數(shù)據(jù)速率。有時(shí)也會(huì)用“帶寬（Hz）”這一術(shù)語描述速率。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是以“位”為信息單位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，速率的基本公單位是bit/s（位/秒），有時(shí)也稱速率為比特率。
1000 bit/s=1K bit/s 千
1000 K bit/s=1M bit/s 兆
1000 M bit/s=1G bit/s 吉
1000 G bit/s=1T bit/s 太
（二）時(shí)延
(1)時(shí)延是指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)（主機(jī)或交換設(shè)備等）到達(dá)另一結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間。
(2)分組的每跳傳輸過程主要產(chǎn)生4類時(shí)間延遲：結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延。
(3)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，通常將連接兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的直接鏈路稱為一個(gè)“跳步”，簡(jiǎn)稱“跳”。
結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延（dc）：分組到達(dá)結(jié)點(diǎn)時(shí)，交換設(shè)備需要對(duì)分組進(jìn)行相關(guān)的處理，比如檢查分組是否出錯(cuò)等，花費(fèi)的這部分時(shí)間稱為結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延。
排隊(duì)時(shí)延（dq）：從分組被存儲(chǔ)開始，到輪到該分組被傳輸為止，這段時(shí)間稱為排隊(duì)時(shí)延。排隊(duì)時(shí)延的大小取決于網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度，網(wǎng)絡(luò)擁塞越嚴(yán)重，平均排隊(duì)時(shí)延就越長(zhǎng)，反之越短。
傳輸時(shí)延（dt）：當(dāng)輪到分組被傳輸?shù)较乱粋€(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，從傳輸該分組第一位開始，到傳輸完該分組最后一位為止，這段傳輸數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間稱為傳輸時(shí)延。假設(shè)分組長(zhǎng)度為L(zhǎng)，鏈路帶寬為R，則?dt=L/R。
傳播時(shí)延（dp）：若兩結(jié)點(diǎn)之間的物理鏈路長(zhǎng)度為?D，信號(hào)傳播速度為V則傳播時(shí)延為dp=D/V。
綜上，一個(gè)分組經(jīng)過一跳，所需時(shí)間為?dh=dc+dq+dt+dp
（三）時(shí)延帶寬積
物理鏈路的傳播時(shí)延與鏈路帶寬的乘積，記為G
表示一段鏈路可以容納的數(shù)據(jù)位數(shù)，也稱為：以位為單位的鏈路帶寬積
G=dp*R
時(shí)延帶寬積的單位是位，它表示一段傳輸鏈路可以容納的數(shù)據(jù)位數(shù)。
例：主機(jī)A向主機(jī)B發(fā)送一長(zhǎng)度為8000bit的數(shù)據(jù)分組，若連接主機(jī)A與主機(jī)B的傳輸鏈路長(zhǎng)度1000km，傳輸速率為1000bit/s，傳播速率為500km/s，試求：
主機(jī)A傳輸該分組的傳輸時(shí)延；
主機(jī)A傳輸該分組的傳播時(shí)延；
該分組從主機(jī)A到達(dá)主機(jī)B的時(shí)延；（忽略結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延）
該傳輸鏈路的時(shí)延帶寬積。
【解析】在這里先審題，找出關(guān)鍵數(shù)值后代入公式計(jì)算即可。
由傳輸時(shí)延公式?dt=L/R可列，8000÷1000=8s；
由傳播時(shí)延公式?dp=D/V?可列，1000÷500=2s；
時(shí)延為傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延的和，即8+2=10s；
由時(shí)延帶寬積公式G=dp*R?可列，1000×2=2000bit。
（四）丟包率
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞特別嚴(yán)重時(shí)，新到達(dá)的分組無法再被交換結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)，此時(shí)交換節(jié)點(diǎn)會(huì)丟棄分組，造成“丟包”現(xiàn)象。
丟包率 =（Ns-Nr）/Ns
其中，Ns為發(fā)送分組總數(shù)，Nr為接受分組總數(shù)，（Ns-Nr）為丟失分組總數(shù)。
（五）吞吐量
在單位時(shí)間內(nèi)源主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)想目的主機(jī)實(shí)際送達(dá)的數(shù)據(jù)量，記為Thr。
吞吐量受網(wǎng)絡(luò)鏈路帶寬、網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜性、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)擁塞程度等因素影響。對(duì)于分組交
換網(wǎng)絡(luò)，源主機(jī)到目的主機(jī)的吞吐量在理想情況下約等于瓶頸鏈路的帶寬。
五、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
（一）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)
定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所劃分的層次以及各層協(xié)議的集合。
最典型的劃分方式就是采用分層的方式來組織協(xié)議，分層的核心思路是上一層的功能建立在下一層的功能基礎(chǔ)上，并且在每一層內(nèi)均要遵守一定的通信規(guī)則，即協(xié)議。
體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有足夠的信息，以便軟件設(shè)計(jì)人員為每層編寫實(shí)現(xiàn)該層協(xié)議的有關(guān)程序，即協(xié)議軟件。
典型的層次化體系結(jié)構(gòu)有OSI參考模型和TCP/IP參考模型兩種。
（二）OSI參考模型
物理層：主要功能是在傳輸介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)無結(jié)構(gòu)比特流輸出。該層協(xié)議規(guī)定了4個(gè)特性：機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性。
數(shù)據(jù)鏈路層：主要功能是實(shí)現(xiàn)在相鄰結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)可靠而有效的傳輸。數(shù)據(jù)塊傳輸單位稱為幀。它也有流量控制的作用。
網(wǎng)絡(luò)層：主要功能是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與路由。完成路徑選擇功能。
傳輸層：主要功能包括復(fù)用/分解（區(qū)分發(fā)送和接受主機(jī)上的進(jìn)程）、端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸、連接控制、流量控制和擁塞控制機(jī)制等。
會(huì)話層：指用戶與用戶之間的連接，通過在兩臺(tái)計(jì)算機(jī)間建立、管理和終止通信來完成對(duì)話。
表示層：處理應(yīng)用實(shí)體間交換數(shù)據(jù)的語法，解決格式和數(shù)據(jù)表示的差別。
應(yīng)用層：該層提供的服務(wù)非常豐富，包括文件傳送、電子郵件等。
在層的實(shí)體之間傳送的比特組稱為數(shù)據(jù)單元。在對(duì)等層之間傳輸數(shù)據(jù)單元是按照本層協(xié)議進(jìn)行的，這時(shí)的數(shù)據(jù)單元稱為協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。
相鄰層間的服務(wù)是通過其接口面上的服務(wù)訪問點(diǎn)（SAP)進(jìn)行的，N層SAP就是（N+1)層可以訪問N層的地方。每個(gè)SAP有唯一的地址號(hào)碼。
應(yīng)用層：報(bào)文
傳輸層：數(shù)據(jù)段或報(bào)文段
網(wǎng)絡(luò)層：分組或包
數(shù)據(jù)鏈路層：幀
物理層：比特流或位流
第N層向（N+1)層提供服務(wù)，或第（N+1)層請(qǐng)求N層提供服務(wù)，都是用一組原語描述的。
OSI參考模型的原語有4類：請(qǐng)求，指示，響應(yīng)，證實(shí)。
在分層的體系結(jié)構(gòu)中，下層向上層提供服務(wù)通常有兩種形式：面向連接的服務(wù)和無連接的服務(wù)。面向連接的服務(wù)以電話系統(tǒng)最為典型，要進(jìn)行“建立鏈路、傳輸數(shù)據(jù)和拆除鏈路”三步，無連接的服務(wù)沒有建立鏈路和拆除鏈路的過程，又稱為數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。
（三）TCP/IP參考模型
TCP/IP參考模型包括4層：應(yīng)用層，運(yùn)輸層，網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。TCP提供運(yùn)輸層服務(wù)，IP提供網(wǎng)際層服務(wù)。
應(yīng)用層：TCP/IP參考模型將0Sl參考模型中會(huì)話層和表示層的功能合并到了應(yīng)用層來實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議一般會(huì)使用兩個(gè)運(yùn)輸層協(xié)議之一進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸：面向連接的傳輸控制協(xié)議TCP和無連接的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。
運(yùn)輸層：主要包括面向連接、提供可靠數(shù)據(jù)流傳輸?shù)膫鬏斂刂茀f(xié)議TCP和無連接不提供可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠脩魣?bào)協(xié)議UDP。
網(wǎng)際層：網(wǎng)際層是整個(gè)TCP/IP參考模型的核心，主要解決把數(shù)據(jù)分組發(fā)送目的網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)的問題。網(wǎng)際層的核心協(xié)議是lP。還包括：ICMP、IGMP、BGP、OSPF、RIP等。
網(wǎng)絡(luò)接口層：這一層未被定義，所以其具體的實(shí)現(xiàn)方法將隨著網(wǎng)絡(luò)類型的不同而不同。這一層對(duì)應(yīng)0SI中的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。
六、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)發(fā)展簡(jiǎn)史
ARPAnet是第一個(gè)分組交換的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
1972年，ARPAnet開發(fā)了第一個(gè)主機(jī)到主機(jī)的協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(NCP)。
20世紀(jì)70年代末期，ARPAnet已連接上百臺(tái)主機(jī)，公共因特網(wǎng)已現(xiàn)雛形。
1986年，創(chuàng)建了NSFNET。在此期間，TCP/IP協(xié)議簇逐漸成熟，并于1983年1月1日正式部署，替代了NCP。
20世紀(jì)90年代，萬維網(wǎng)應(yīng)用誕生。
