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深入浅出计算机网络中计网概述的学习笔记📣 如果有不对的地方，欢迎各位指正 🙏🏼
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🔔 本篇速览
- 1️⃣ 因特网概述
- 2️⃣ 电路交换、分组交换、报文交换
- 3️⃣ 计算机网络的性能指标
- 4️⃣ 计算机网络体系结构
一、因特网概述
📡 1.网络、互联网、因特网
似乎在我们的日常生活中总是会提到这三个名词：网络、互联网、因特网，看起来它们似乎指的是同一个东西，但实际上只是我们没有做很好的区分，就让我们分别来看看它们分别代表着什么：
网络就是几部计算机主机或者是网络打印机之类的接口设备，透过有线链路或者是无线网络的技术，将这些主机与设备连接起来，使得数据可以透过网络媒体(网络线以及其他网络卡等硬件)来传输的一种方式：
而网络与网络之间进行互联也就是我们所说的互联网，而互联所需要的设备就是路由器，通过路由器我们可以连接多个网络，即若干网络通过路由器互联形成互联网：
而因特网就是世界上最大的互联网，也就是说世界上的网络都通过路由器连接形成了这个世界上最大的、全球通用的互联网
📲 2.ISP(Internet Service Provider)
在日常的使用网络的过程中，我们需要连接网络进行与其他网络的互联，在这个过程中我们会被分配IP地址，用于我们进行网络的互联，那么这些IP地址从何而来呢？
无论是我们的WIFI、蜂窝数据，都有它的运营商：中国移动、中国电信、中国联通……，他们就是负责分配IP给我们的：
因特网已经发展成为基于ISP的多层次结构的互联网络，就这样层层代理下来：
二、三种交换方式
网络之间进行通信的方式有着以下三种方式，尽管随着时间的推移，现在我们基本上使用分组交换，但是发展的历程还是值得我们去探究的：
1.电路交换
- 在使用电路交换打电话之前，先拨号建立连接：
- 当拨号的信息通过许多交换机到达被叫用户所连接的交换机时，该交换机就向用户的电话机振铃
- 在被叫用户摘机且摘机信号传送回到主叫用户所连接的交换机后，呼叫即完成，这时从主叫端到被叫端就建立了一条连接。
- 通话过程。
- 通话结束挂机后，挂机信令告诉这些交换机，使交换机释放刚才这条物理通路。
- 这种必须经过“建立连接--通信--释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的。电路交换必定是面向连接的。
可是在当今的计算机网络中，我们以微信举例，如果说刘德华是我的好友，但是我不一定时时刻刻给他发信息，那么连接一直占用，线路上真正用来传输数据的时间很少，也就是说线路的传输效率一般都会很低，因为计算机之间的数据传送是突发式的。
2.分组交换
其实这里有点容易联想到长连接和短连接，很明显：如果我们以长连接的方式去进行数据的通信，效率是很低的，而采用短连接，对于一条消息我们就建立一次连接，会有不少的建立连接和销毁连接的开销，那么我们也不建立连接和释放连接，我们采用分组交换的方法：
现在需要把信息从H1传到H3，我们并不建立H1与H3的连接：
而是把信息分成多段，给每段加上一个头部，头部中我们会存放一些信息，如：
- 是消息的第几段
- 目标主机的IP地址
- 消息是否被篡改
- .......
H3拿到分组的消息后，就能根据头部进行组装还原报文信息，而在这个过程中H2起到的作用就是缓存分组，然后根据头部信息转发给H3
3.报文交换
报文交换是分组交换的前身，也就是对于一整个报文加上一个头部然后传输出去
这样做的坏处就是：
- 中间结点H2需要缓存空间就要大很多，而如果缓存空间不足就会发生丢包
- 并且中间结点需要缓存下来整个报文信息才会进行转发，而分组交换只需要缓存一个小的分组就可以开始进行转发了，因此缓存时延要长很多 听起来可能有点抽象，我们在下面的对比中通过图像的方式来理解一下这三种交换
4.对比
我们纵轴为时间轴，横轴为数据的传播，可以画出三种交换的交换过程：
- 如果需要连续的传送大量的数据，并且数据传送的时间远大于建立连接的时间，我们可以采用电路交换
- 报文交换和分组交换都不需要建立连接，这样我们可以提高通信线路的利用率
- 通过图我们也可以发现分组交换所需要的时延远小于报文交换，这样还能够避免长时间占用链路
三、八大性能指标
计算机网络的性能如何，我们通常使用以下八个指标来进行衡量，其中有我们比较熟悉的：速率、带宽、丢包率，也有一些陌生的名词：吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率，下文我们将来探讨一下这八个性能指标
1.速率
这个是我们经常会接触到衡量网络的一个主要标准，我们可能经常看到下载速度10MB/s这样的字眼，这个似乎不用讲太多，大伙懂得都懂，但是还是想提一嘴计量单位的相关问题：
思考：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？
错误示范： 100 / 100 = 1
正确答案：
解析：这里就不得不提到数据量的单位和速率的单位了，见下表：
2.带宽
在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路能够传输数据的能力，也就是从一点到另外一点能够通过的最大数据量，例如我要把水从A运到B，带宽就是水管的大小，可以不装满水管，但是单位时间能够流过的最大只能是水管大小
而数据的传输的速率由主机接口速率、线路带宽、路由器的接口速率三者共同决定，取它们的最小值就是数据的传输速率，其实有点类似于木桶效应：
3.吞吐量
吞吐量是指单位时间内通过网络的实际数据量，包括上传和下载的数据量，我们以下面这个例子来讲：
此处的吞吐量 = 20Mb/s + 600kb/s + 1Mb/s = 21.6Mb/s
4.时延
时延这个词听起来好像有点陌生，但是我们换一个词就很熟悉了——
延迟
时延是指数据从网络的一端到另外一端所耗费的时间，而在交换的过程中有哪些地方需要耗费时间呢，我们以下面这个场景为例，具体分析一下：
也就是说把分组发送出去以及在传播过程都需要时间，而在路由器需要进行排队和处理也需要时间，路由器还需要发送和传播的时间，我们可以通过下面这个图更清晰的看出：
如果我们使用分组交换，图像就会变为：
5.时延带宽积
时延带宽积可以理解为：以比特为单位的链路长度，我们可以知道链路中有多少个比特，时延带宽积 = 时延 × 带宽，我们可以用下面这个例子来帮助我们理解
6.往返时间
往返时间：从发送端发送数据分组开始，发送端接受到接收端返回的确认消息为止，总共耗费的时间，也就是“一次握手的时间”
7.利用率
对于一条链路，它上面有信息传过去我们就称它被利用了，那么利用率的概念就比较明确了：
链路利用率：某条链路有百分之几的时间是被利用的，也就是有多少时间是有数据通过传输的，完全空闲的链路的利用率为零
网络利用率：是指网络中所有链路的链路利用率的加权平均
当然，并不是链路利用率越大越好，因为随着利用率的增大，链路引起的时延就会迅速增加，因此一般会把信道的利用率不超过50%
8.丢包率
在传输过程中可能出现误码，被路径中的交换机发现检测到了，就会把它丢弃了，那么信息无法成功传达，也就是我们所说的丢包
除了上面所说的情况，由于信道堵塞，也就是信道的内存的不够，就会根据丢弃策略丢掉分组的信息，一般丢包率可以反映网络的拥塞情况：
- 无拥塞时路径丢包率 0
- 轻度拥塞时路径丢包率 1%~4%
- 严重拥塞时路径丢包率 5%~15%
四、体系结构
计算机网络是一个非常复杂的系统，因此我们一般通过分层，可以把庞大复杂的问题转化为若干较小的局部问题，而对于计算机网络的分层我们有两套标准：
1.OSI 参考模型
OSI参考模型是法律标准，把计算机网络分为了七层：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层、物理层
但是实际上我们使用的标准并不是法律的标准，而是我们下面要介绍的TCP/IP参考模型，OSI参考模型失败的原因是：
- 专家没有实操经验，完成标准的时候没有商业驱动力
- 协议的实现太复杂
- 标准的制定周期太长
- 层次划分不合理，其中有多个层有重复的功能
2.TCP|IP 参考模型
TCP/IP参考模型是我们的实际使用的标准，把分层减少到了四层：应用层、运输层、网络层、网络接口层，这种参考模型层次之间的功能耦合更少，实现起来也容易。而我们在讨论的时候一般使用另外一种参考模型，也就是多了一层数据链路层：
💬 总结
本篇博客讲述了入门计算机网络所需要具备的知识：
- 首先是从专业的角度来讲解了一下因特网、互联网
- 关于网络之间的交换信息的方式，我们也是分别讲解了三种交换方式，以及它们的各自的优缺点，我们比较后也是一般使用分组交换
- 然后讲解了一下我们衡量计算机网络的八个指标：速率、带宽、吞吐量、时延、时延带宽积、往返时间、利用率、丢包率，其中我们分析的比较多的是时延，对于其他几个概念都有了一个基础的了解
- 最后讲解了我们在分析计算机网络的时候使用的模型，通过分层把计算机网络这个大整体分为一层层进行理解，这里我们提到了两种模型：OSI、TCP/IP参考模型
- 但是我们并没有细致的讲解各层，后续的博客我们会依次剖析各层，深入了解计算机网络
✒写在最后
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