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怀化网站建设怎么收费,临夏市做网站电话,网站怎么留住用户,健身网站开发方式的服务器选择个人主页#xff1a;chian-ocean 专栏详细 一、计算机网络概述 1.1 什么是计算机网络#xff1a; 定义#xff08;王道408#xff09;#xff1a; 计算机网络#xff08;Computer networking#xff09;是一个将众多分散的、自治的计算机系统#xff0c;通过通信设备…个人主页chian-ocean专栏详细一、计算机网络概述1.1 什么是计算机网络定义王道408计算机网络Computer networking是一个将众多分散的、自治的计算机系统通过通信设备与线路连接起来由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。1.1.1 三种主要观点广义观点只要是能实现远程信息处理的系统或者能进一步达到资源共享的系统都可称为计算机网络。资源共享观点现代网络的主流观点定义以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合。目的资源共享。组成单元分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”。注“自治”意味着计算机之间没有主从关系一台计算机不能强制控制另一台。网络协议网络中计算机必须遵循的统一规则。用户透明性观点网络被视为一个能为用户自动管理资源的网络操作系统。它能够调用用户所需要的资源整个网络就像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。注“透明”在计算机领域通常指“存在但用户感知不到无需关心细节”。1.1.2 计算机网络 vs 互连网 vs 互联网1. 计算机网络 (Computer Network)定义由若干节点Node如计算机、集线器和连接这些节点的链路Link组成。核心强调的是物理和逻辑上的连接。只要几台电脑连在一起能通信就是计算机网络。例子你家里的路由器连着你的手机和电脑这就构成了一个最简单的局域网计算机网络。2. 互连网 (internet) —— 注意是小写 i定义“网络的网络”Network of Networks。核心泛指多个计算机网络互连而成的网络。特点通用名词它是指将不同的网络连接起来这一动作或状态。协议不限它不一定非要使用 TCP/IP 协议只要把两个网络连通了就可以叫互连网。3. 互联网 / 因特网 (Internet) —— 注意是大写 I定义全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络。核心专有名词特指我们现在每天都在用的那个全球互联网。特点必须使用 TCP/IP 协议族作为通信规则。其前身是美国的 ARPANET。地位它是“互连网”这种概念中规模最大、最成功的一个实例。概念英文关键区别协议要求范围计算机网络Network节点 链路任意最小单位互连网internet (小写 i)通用名词泛指多个网络互连任意任意范围互联网/因特网Internet (大写 I)专有名词特指全球互联网必须是 TCP/IP全球最大1.2 计算机网络的组成1.2.1 组成部分角度 (Physical Logical Components)硬件 (Hardware)内容包括主机端系统、通信链路如双绞线、光纤、交换设备如路由器、交换机以及通信处理机如网卡等。解析这是网络的物理基础负责信号的物理传输和处理。没有这些实体设备网络无法存在。软件 (Software)内容包括实现资源共享的软件以及方便用户使用的各种工具软件如网络操作系统、邮件收发程序、FTP程序、聊天程序等。解析软件运行在硬件之上为用户提供具体的服务接口和应用体验。协议 (Protocol)内容被称为“计算机网络的核心”规定了网络传输数据遵循的规定。解析这是网络通信的“规则”或“语言”。只有遵守相同的协议不同的硬件和软件才能互相“听懂”对方并在网络中进行有效通信。1.2.2 工作角度 (Operational Perspective)这个角度根据网络组件在网络中的位置和作用将其划分为边缘部分和核心部分。边缘部分 (Edge System)定义由所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机组成。功能用来进行通信传输数据、音频或视频和资源共享。通信方式图中标注了两种主要的主机通信方式C/S方式 (Client/Server)客户机/服务器模式即请求方和服务方。P2P方式 (Peer-to-Peer)对等连接模式主机之间地位平等既是服务请求者也是提供者。核心部分 (Core System)定义由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。功能为边缘部分提供连通性和交换服务。解析核心部分相当于交通枢纽和高速公路网负责将边缘部分的数据包快速、准确地转发到目的地。1.2.3 功能组成角度 (Functional Perspective)这个角度从逻辑功能的层面将网络划分为负责通信的和负责资源处理的两个子网。通信子网 (Communication Subnet)构成传输介质、通信设备、相应的网络协议。功能使得网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力实现联网计算机之间的数据通信。解析它的主要任务是“搬运数据”对应OSI模型中的下三层物理层、数据链路层、网络层。资源子网 (Resource Subnet)构成实现资源共享功能以及软件的集合。功能向网络用户提供共享其他计算机硬件、软件和数据的服务。解析它的主要任务是“处理数据”和提供应用对应OSI模型中的高层处理业务逻辑。1.3 计算机网路的功能功能名称核心定义实际作用 / 通俗理解地位 / 特点数据通信实现联网计算机之间的信息传输将分散的计算机联系起来就像“修路”和“送信”让电脑不再是孤岛。最基本、最重要的功能。资源共享实现软件、硬件、数据的共享互通有无分工协作。例如共用打印机、访问共享文件。提高资源利用率。分布式处理将某个计算机负载过重的任务分散到多台计算机上“三个臭皮匠顶个诸葛亮”多台电脑一起处理复杂任务。提高整个系统的利用率和效率。提高可靠性各台计算机可以通过网络互为替代机也就是“备胎”机制一台坏了另一台顶上。增强系统的容灾能力。负载均衡将工作任务均衡地分配给网络中的各台计算机避免“忙的忙死闲的闲死”平均分配压力。优化性能防止单点过载。1.4 三种数据交换技术1.4.1 电路交换 (Circuit Switching) —— 电话网络的基石这是最古老的方式模拟了两个人打电话的场景。工作流程建立连接在通话前必须建立一条专用的物理通路拨号过程。通话通信通信期间双方独占这条线路无论是否在说话资源都一直被占用其他人无法插入。释放连接挂断电话释放资源。优点一旦连接建立数据直达传输速率高时延小。数据按序到达不会乱序。缺点效率低如果两个人打电话时长时间沉默线路依然被占用浪费资源计算机数据往往是突发式的不适合这种独占模式。建立连接慢需要额外的建立/释放连接时间。灵活性差如果中间线路坏了通话直接中断。1.4.2 报文交换 (Message Switching) —— 电报网络的模式为了解决电路交换“占着茅坑不拉屎”资源独占的问题出现了报文交换。工作机制存储转发 (Store and Forward)。发送方将整个数据作为一个“报文”Message发给中间节点交换机/路由器。中间节点先收下整个报文存起来检查无误后再转发给下一个节点。优点无需建立连接随时可以发送。线路利用率高通信线路不是独占的分段复用。缺点对中间设备要求高报文长短不一中间节点需要很大的缓存空间内存/硬盘来存整个报文。转发时延大必须等整个报文全部收齐了才能往下发。容错率低如果报文在传输中出现 1 个比特的错误整个大报文都要重传。1.4.3 分组交换 (Packet Switching) —— 现代计算机网络/互联网结合了前两者的优点是目前互联网使用的主流技术。工作机制化整为零 存储转发。将一个大报文切分成一个个小的、固定长度的“分组” (Packet)。每个分组都加上头部信息源地址、目的地址等独立传输。关键优势流水线效应因为分组很小第一个分组在从节点 A 传到 B 的同时第二个分组可以开始传输形成了并行传输流水线大大减少了总的传输时间。优点高效利用流水线技术传输速度快。灵活每个分组可以走不同的路径到达终点。可靠如果某个小分组出错了只需要重传那个小分组不需要重传整个文件。缺点每个分组都要加“头部”Header带来了一定的额外开销控制信息占比增加。1.5 计算机网路分类1.5.1 按分布范围分类最常考这是最常见的分类方式根据网络覆盖的地理范围大小来划分。广域网 (WAN - Wide Area Network)范围几十到几千公里跨国、跨洲。地位因特网的核心部分。关键技术交换技术(Switching)。特点连接广域网的各节点交换机的链路一般是高速链路具有较大的通信容量。城域网 (MAN - Metropolitan Area Network)范围5~50km覆盖一个城市或跨越几个街区。关键技术多采用以太网技术。局域网 (LAN - Local Area Network)范围几十米到几千米覆盖范围小如一个校园、一栋楼。关键技术广播技术(Broadcasting)。特点微机或工作站通过高速线路相连对计算机配置数量没有太多限制。个人区域网 (PAN - Personal Area Network)范围直径约 10m个人工作区域如连接蓝牙耳机、鼠标。别名无线个人区域网 (WPAN)。 考研/考试重点WAN ≠ 互联网WAN 是互联网的核心但互联网是全球最大的 WAN。技术对立广域网 (WAN)核心靠点对点/交换技术局域网 (LAN)核心靠广播技术。这是一个经典判断题考点。1.5.2 按传输技术分类底层逻辑这个分类关注的是“数据在信道里是怎么跑的”。广播式网络 (Broadcast Network)原理所有联网计算机共享一个公共通信信道。一台计算机发送报文分组所有其他计算机都能“听”到但只有目的地址匹配的计算机才接收。应用场景局域网 (LAN)、广域网中的无线/卫星通信网络。注意因为是共享信道容易“撞车”所以需要解决冲突如 CSMA/CD 协议。点对点网络 (Point-to-Point Network)原理每个物理线路连接一对计算机。数据通过中间结点进行存储转发直到到达目的地。应用场景广域网 (WAN)的有线部分。1.5.3 按拓扑结构分类物理形状这个分类关注的是“网络连起来像什么形状”。总线型 (Bus)特点所有设备挂在一根主干线上广播式。优缺点建网容易增减节点方便节省线路但重负载时通信效率低总线坏了全网瘫痪。星型 (Star)特点有一个中心节点如集线器/交换机。优缺点便于管理但中心节点是瓶颈中心坏了全网瘫痪。环型 (Ring)特点首尾相接数据单向流动令牌环网。优缺点不仅包括物理上的环逻辑上也是环。网状型 (Mesh)特点节点之间有多条路径相连。优缺点可靠性高一条路断了走另一条但结构复杂成本高。应用广域网 (WAN)常采用这种结构保证核心网络的稳定性。1.6 计算机网络性能指标1.6.1 第一维度速度相关指标 (Speed Rate)核心概念描述网络传输数据的快慢。1. 速率 (Speed / Data Rate)定义数据传输的速率也叫“比特率”。单位bit/s (bps), kb/s, Mb/s, Gb/s。⚠️ 考研高频坑点 (单位换算)单位名称英文全称符号进率关系换算为基本单位 (bit/s)比特/秒bits per secondbit/s(bps)基础单位1 11千比特/秒kilobits per secondkb/s1 kb/s 1000 bit/s 1 \text{ kb/s} 1000 \text{ bit/s}1kb/s1000bit/s10 3 1 , 000 10^3 1,0001031,000兆比特/秒megabits per secondMb/s1 Mb/s 1000 kb/s 1 \text{ Mb/s} 1000 \text{ kb/s}1Mb/s1000kb/s10 6 1 , 000 , 000 10^6 1,000,0001061,000,000吉比特/秒gigabits per secondGb/s1 Gb/s 1000 Mb/s 1 \text{ Gb/s} 1000 \text{ Mb/s}1Gb/s1000Mb/s10 9 1 , 000 , 000 , 000 10^9 1,000,000,0001091,000,000,000太比特/秒terabits per secondTb/s1 Tb/s 1000 Gb/s 1 \text{ Tb/s} 1000 \text{ Gb/s}1Tb/s1000Gb/s10 12 1 , 000 , 000 , 000 , 000 10^{12} 1,000,000,000,00010121,000,000,000,000例子100Mbps 的网络传输 100MB 的文件时间并不是 1秒而是 100×$10^{20}×8/(100×106)≈8.38秒。2. 带宽 (Bandwidth)原意信号具有的频带宽度单位是赫兹 (Hz)。网络中含义表示网络的最高数据率即单位时间内从网络某一点能通过的“最高数据量”。形象理解带宽就是“水管的粗细”决定了水数据流出的最大速度。3. 吞吐量 (Throughput)定义单位时间内通过某个网络或信道、接口的实际数据量。关系吞吐量 ≤ 带宽。影响因素受限于网络中最慢的一段链路短板效应或当前的网络负载。1.6.2 第二维度时间相关指标 (Time Delay)核心概念描述数据从一端传到另一端需要多久。这是计算题重灾区。4. 时延 (Delay / Latency)总时延 发送时延 传播时延 排队时延 处理时延。时延类型定义与公式发生位置形象理解发送时延(Transmission Delay)信道带宽(bit/s)数据长度(bit)​主机或路由器内部推箱子把货物推上车需要的时间。只与文件大小和网卡速度有关。传播时延(Propagation Delay)电磁波速率(m/s)信道长度(m)​传输介质光纤/铜线车在路上跑车在高速公路上行驶的时间。只与距离和介质有关。排队时延(Queuing Delay)取决于网络拥塞程度路由器缓存堵车在收费站排队等待处理的时间。处理时延(Processing Delay)检错、查找路由表路由器CPU过安检保安检查证件的时间。⚠️ 考研高频坑点高速链路提高带宽只能减小发送时延无法减小传播时延光速是物理极限。题目如果没给排队和处理时延通常忽略不计。5. 往返时间 (RTT - Round-Trip Time)定义从发送方发送数据开始到发送方收到接收方的确认ACK总共经历的时间。构成RTT≈2×传播时延末端处理时间。注意RTT 不包括数据本身的发送时延因为只有第一个比特到了就可以开始回传或者题目会有特殊说明但包括中间路由器的处理和排队时间。1.6.3 第三维度容量与效率指标 (Capacity Efficiency)核心概念描述信道里能装多少数据以及信道有多忙。6. 时延带宽积 (Delay-Bandwidth Product)公式时延带宽积 传播时延×带宽。物理意义表示链路中充满了多少比特的数据。被称为“以比特为单位的链路长度”。例子这就好比水管里正在流动的水的总量管长 × 截面积。7. 利用率 (Utilization)信道利用率信道有百分之几的时间是被利用的有数据通过。网络利用率全网络信道利用率的加权平均。利用率与时延的关系 (关键图表)公式D1−UD0​​ D是当前时延D0​是空闲时延U是利用率。结论利用率并不是越高越好。当利用率接近 1 (100%) 时时延会急剧增加趋近无穷大造成网络极其拥堵。总结序号指标名称(中 / 英)核心定义 / 物理意义常用单位核心公式 考研/考试避坑指南1速率(Speed / Data Rate)数据传输的速率也叫“比特率”bit/s (bps)kb/s, Mb/s⚠️ 单位换算陷阱•速率中k 10 3 k10^3k103(1000进制)•存储中K 2 10 K2^{10}K210(1024进制)2带宽(Bandwidth)网络信道所能传送的**“最高数据率”**。(形象理解水管的粗细)bit/s (网络)Hz (通信)• 它是理想状态下的最大值。• 仅仅代表“发送得更快”单位时间注入更多比特不代表比特在链路上传播得更快光速不变。3吞吐量(Throughput)单位时间内实际通过网络的数据量。bit/s•吞吐量 ≤ 带宽 \text{吞吐量} \le \text{带宽}吞吐量≤带宽• 受限于短板效应网络中最慢的一段链路和网络负载。4时延(Delay / Latency)数据从一端传到另一端所需的时间。(包含发送传播排队处理)s, ms,μ s \mu sμs•发送时延 数据长度 带宽 \frac{\text{数据长度}}{\text{带宽}}带宽数据长度​(仅此处与带宽有关)•传播时延 信道长度 电磁波速率 \frac{\text{信道长度}}{\text{电磁波速率}}电磁波速率信道长度​(仅此处与距离有关)(做题时务必区分是推数据的快慢还是跑路的时间)5往返时间(RTT)从发送方发送数据开始到收到确认总共经历的时间s, ms•R T T ≈ 2 × 传播时延 末端处理时间 RTT \approx 2 \times \text{传播时延} \text{末端处理时间}RTT≈2×传播时延末端处理时间• RTT不包含数据本身的发送时延除非题目特殊说明。6时延带宽积(Delay-Bandwidth Product)链路中充满了多少比特的数据。(被称为“以比特为单位的链路长度”)bit (比特)•公式 传播时延 × 带宽 \text{传播时延} \times \text{带宽}传播时延×带宽• 物理意义第一个比特到达终点时发送端已经发出了多少个比特。7利用率(Utilization)信道有百分之几的时间是被利用的。(反映信道的拥堵程度)% (百分比)•不是越高越好。利用率U UU趋近 1 时时延会急剧增大。•公式D D 0 1 − U D \frac{D_0}{1 - U}D1−UD0​​(D DD为当前时延D 0 D_0D0​为空闲时延)。