计算机网络

Eric讨论 | 贡献2022年11月22日 (二) 03:02的版本

计算机网络(computer network),通常简称网络,由节点(node)、节点间的连接(link)和通信协议组成,目的是交换信息。节点可以计算机、交换机路由器等。连接可以是有线的双绞线、同轴电缆和光纤电缆等,也可以是无线的电磁波。

简介

时间轴

网络概览

drawio: 计算机网络

节点

名称 描述 示例
网卡
中继器 增强信号的网络设备,信号传输一定距离后会出现衰减,使用中继器可以延长传输距离。如一般双绞线的网线超过100米可以增加中继器。
集线器 相当于多个端口的中继器,工作在OSI模型的第一层(物理层)
桥接器
network bridge
又称网桥,负责网络桥接,将2个独立网络连接在一起,如果单一网络。工作在OSI模型的第二层
交换机 使用MAC地址转发数据,相当于多端口的网桥,工作在OSI模型的第二层 ,也有三层交换机(可以在网络层转发数据)。
路由器 负责网络间转发数据包, 工作在OSI模型的第三层(网络层),如IP协议(IPv4、IPv6),IPv4使用地址解析协议(ARP)将IP地址转换到MAC地址。
调制解调器
防火墙
计算机
手机
打印机


性能

指标

名称 描述
速率 数据在计算机中使用比特(bit,缩写b)表示,一个比特就是二进制的一个1或0。速率的单位是bit/s、b/s或bps(bit per second)。
更大单位:
1Kbit/s = 1Kbps = 210bps = 1024 bps
1Mbit/s = 1Mbps = 220bps = 1024Kbps
1Gbit/s = 1Gbps = 230bps = 1024Mbps
......

常用字节(byte,缩写B)来作为数据的表示单位,如内存8GB,通常1byte = 8bit,即1B=8b
带宽 在计算机中带宽是指,最大传输速率,是单位时间内(1s)所能传输的最大数据量(bit)。单位:b/s。

带宽换算:
1Mb/s =1024Kb/s = (1024 /8 )KB/s = 128KB/s
吞吐量 单位时间内(1s)成功传输的数据量(bit),单位:b/s。
时延 也称延时,是指数据从一端传输到另一端所用的时间,一般使用毫秒(ms)表示。
抖动 抖动是指最大延迟与最小延迟的时间差,标识一个网络的稳定性。
丢包率 丢失数据包的数量占总发出的数据包的数量。

工具

名称 类别 描述 网站
中国科学技术大学测速网站 在线网站 https://test.ustc.edu.cn/
测速网 在线网站 https://www.speedtest.cn/
iperf 命令行工具 跨平台支持
ethr 跨平台支持 https://github.com/Microsoft/Ethr

通信协议

分层

概览

OSI模型是国际标准化组织(ISO)提出的一种概念模型。TCP/IP协议简称TCP/IP,是事实上的国际标准,名称源于其中两个最重要的协议:传输控制协议(TCP)和互联网协议(IP)。TCP/IP由互联网工程任务组(IETF)负责维护。

OSI七层网络模型 TCP/IP五层网络模型 TCP/IP四层网络模型 TCP/IP协议 作用
7 应用层 5 应用层 应用层 HTTPHTTPS、FTP、DNS、SSHTLS/SSL 定义应用的数据格式
6 表示层
5 会话层
4 传输层 4 传输层 传输层 TCP、UDP、SCTP 程序之间的通信(端口到端口)
3 网络层 3 网络层 网络层 IPIPv4IPv6)、ARP、NDP、ICMP 局域网之间的通信,IP寻址和路由
2 链路层 2 链路层 网络接入层 MAC、PPP、以太网(IEEE 802.3)、Wi-Fi(IEEE 802.11)、IEEE 802.2 局域网内通信
1 物理层 1 物理层 二进制在不同介质传输

物理层

在设备间传输比特流(如1000001000)。

传输介质

数据传输(也叫数字通信),就是将数据从一个点传输到另一个点。目前数据在计算机常使用比特流(如1000001000)表示。电磁波传播不需要介质,在真空中其传播速度为速(光也是一种电磁波)。电磁波在铜线传播速率约为2.3 x 108 m/s,在光纤传播速率约为2.0 x 108 m/s。

类型 名称 信号 常见介质 描述
有线传输 同轴电缆 电磁波 铜线
双绞线 电磁波 铜线
光纤 石英玻璃 发送端将电脉冲转换成光脉冲,光脉冲通过石英玻璃丝等传输,接收端将光脉冲转换为电脉冲。
无线传输 Wi-Fi 空气
基站 空气
蜂窝网络 空气
通讯卫星 空气

数据链路层

数据链路层(Data link layer),位于OSI 模型的第二层。是同一局域网内,节点之间的数据传输。数据会封装成帧(frame)。

  • LLC子层,逻辑链路控制(Logical Link Control)
  • MAC子层,媒体接入控制(Media Access Control)
数据链路层
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MAC

媒体接入控制(Media Access Control),简称MAC。

MAC地址


网络层

传输层

应用层

分类

安全

资源

书籍

  • 《计算机网络(第7版)》,谢希仁编著,2017年1月。

教程

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