计算机网络的性能指标与体系结构

文章目录

• 计算机网络的性能指标
• 1.速率
• 2.带宽
• 3.吞吐量
• 4. 时延(delay或latency)
• 5.时延带宽积
• 6.往返时间RTT
• 7.利用率

• 1.计算机网络体系结构的形成
• 2 协议与划分层次
• OSI分层
• TCP/IP分层
• 五层协议的体系结构

计算机网络的性能指标

1.速率

• 比特（bit） 是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。
• 速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率或比特率。速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/s或Tb/s。
• 速率往往是指额定速率或标称速率。

2.带宽

• “带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成份所占据的频率范围。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
• 在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。

3.吞吐量

• 吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口） 的数据量。
• 吞吐量更经常地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网络的额定速率的限制。

4. 时延(delay或latency)

• 时延 是指数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。
• 网络中的时延主要由以下不同部分构成： 传输时延（发送时延） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。 也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
• 传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费 的时间。信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。
• 处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。
• 排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。 排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。
  
  

5.时延带宽积

• 时延带宽积表示管道的体积，表示链路可容纳多少个比特。链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

6.往返时间RTT

• 发送方从发出数据到收到对方的确认所经历的时间称为往返时间.

7.利用率

• 利用率有信道利用率和网络利用率 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。
• 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
• 信道利用率并非越高越好。

计算机网络的非性能特征

• 费用
• 质量
• 标准化
• 可靠性
• 可扩展性和可升级性
• 易于管理和维护

计算机网络的体系结构

1.计算机网络体系结构的形成

• 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。
• “分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。
• 1974年，美国IBM公司宣布了系统网络体系结构SNA(System Network Architecture)。不久后，其他一些公司也相继推出自己公司的具有不同名称的体系结构。
• 国际标准化组织ISO于1977年成立了专门机构研究国际标准，提出OSI/RM。1983年形成正式文件，即ISO7498国际标准。
• 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。
• 在市场化方面 OSI 却失败了。
• OSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱动力；
• OSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；
• OSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场
• OSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现
• 法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。
• 是非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。
• TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。

2 协议与划分层次

• 协议
• 计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。
• 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。
• 网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
• 协议的三个基本要素 ：
  语法 数据与控制信息的结构或格式 。
  语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。
  同步 事件实现顺序的详细说明。
• 划分层次
• 划分层次的基本原则
• 网中各结点都具有相同的层次；
• 不同结点的同等层具有相同的功能；
• 同一结点内相邻层之间通过接口通信；协议的三个基本要素
• 每层可以使用下层提供的服务，并向其上层提供服务；
• 不同结点的同等层通过协议来实现对等层之间的通信。

OSI分层

物理层的主要功能：

• 利用传输介质为通信的网络结点之间建立、管理和释放物理连接；
• 实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务；
• 物理层的数据传输单元是比特。
  数据链路层的主要功能：
• 在物理层提供的服务基础上，数据链路层在通信的实体间建立数据链路连接；
• 传输以“帧”为单位的数据包；
• 采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。
  网络层的主要功能：
• 通过路由选择算法为分组通过通信子网选择最适当的路径；
• 为数据在结点之间传输创建逻辑链路；
• 实现拥塞控制、网络互连等功能。
  传输层的主要功能：
• 向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；
• 处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关于传输问题；
• 传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。
  会话层的主要功能：
• 负责维护两个结点之间的传输链接，以便确保点-点传输不中断；
• 管理数据交换。
  表示层的主要功能：
• 用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式；
• 数据格式变换；
• 数据加密与解密；
• 数据压缩与恢复。
  应用层的主要功能:
• 为应用程序提供了网络服务;
• 应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步;
• 建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制。

TCP/IP分层

• 分层的好处
  * 各层之间是独立的。
  * 灵活性好。
  * 结构上可分割开。
  * 易于实现和维护。
  * 能促进标准化工作。

五层协议的体系结构

• 原因：OSI的七层协议体系结构的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。TCP/IP是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。但最下面的网络接口层并没有具体内容。因此往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。

应用层 直接为用户的应用进程提供服务
运输层 负责向两个主机中进程之间的通信提供服务，具有复用和分用功能，TCP、UDP
网络层 负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，以分组或包进行传输
数据链路层 以帧为单位传输数据，实现差错控制和流量控制
物理层 传输的数据单位是比特，确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接

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