计算机网络术语基本概念

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(手敲,勿转载)

在这之前 —— “网络”

 这里的“网络”指的是“计算机网络”,也就是大家所熟悉的、“由一些通用的、可编程的硬件(即包含CPU的硬件)互相连接而成的集合。

 关于计算机网络目前还并未统一,大多数对于这方面的笼统的介绍为:“这些硬件并非专门用来实现某一特定目的、并且并不限于一般的计算机,而是包括了智能手机等上网设备;这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的数据类型和支持适应日益增长的应用(需要注意的是计算机网络并非专门用来传送数据,而是能够支持很多种的应用)。”


- Internet 与 internet

首先,Internet 即中文译名为互联网(或叫因特网)的名词,与小写internet(互连网)有一定区别。

  • 以小写字母 i 开头的internet是一个通用名词,意为“互连网”,是网络之间通过路由器互相连接起来构成的一个范围相对更大的网络。协议通信可以任意选择,并不一定非要使用TCP/IP协议。
  • 以大写字母 I 开头的Internet是一个专用名词,意为“互联网”,即互相关联、联结的网络。它特指采用TCP/IP协议族为通信规则、前身是美国的ARPANET的,一个全球最大的、开放的、国际间众多网络互相联结构成的巨大网络。

- ISP

“由全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的互联网。”
 ISP即“ Internet Service Provide ”(互联网服务提供商),ISP可从互联网管理机构申请到IP地址,同时拥有通信线路以及路由器等联网设备,因此任何机构和个人只要向ISP缴纳规定的费用,就可以从该ISP获取所需IP地址的使用权,并可通过该ISP接入到互联网(IP的管理机构不会把一个单个的IP地址分配给单个用户)。
 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的IP地址数目不同,ISP也分为不同层次的ISP:主干 ISP、地区 ISP和本地 ISP主干ISP由几个专门的公司创建和维持,一般能够覆盖国家范围、并且还拥有高速主干网;地区ISP是一些较小的ISP,通过一个或多个主干ISP连接起来,处于等级中的第二层,数据率也稍低;本地ISP给用户(有时也称端用户,强调是末端的用户)提供直接的服务,绝大多数用户都是连接到本地ISP的、本地ISP一般与地区ISP连接,但也可以与主干ISP连接。
 这些大大小小的ISP形成了多层次ISP结构的Internet,我们由此得到上面那一句话:
现在的互联网已经不是某个单个的组织所拥有,而是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的。

  • IXP
     IXP (Internet eXchange Point),即互联网交换点(你没看错,就是取的第二个字母 X ),其主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组,而不需要再通过第三个网络来转发分组。随着互联网上数据流量的急速增长,人们开始研究如何更快的转发分组,于是互联网交换点IXP就应运而生了;将两个地区ISP连接起来之后,就不必经过最上层的主干ISP、而是直接在两个地区ISP之间通过高速链路对等地交换分组,这样使互联网上的数据流量分布更加合理,同时减少了分组转发的迟延时间,降低了分组转发的费用。 (注:其实IXP结构非常复杂)

- 速率、带宽和吞吐量

“下载、能不能下载和下载了多少”

  • 速率
    网络技术中的速率是数据的传送速率,也称为数据率(data rate)或比特率(bit rate)。bit(比特)来源于 binary digit ,即二进制数字,1 bit便是一个0或1(注:8bit=1Byte(字节),不要混淆)。速率的单位是bit/s,有时也写作bps(即bit per second 比特每秒),kbit为1000bit,Mbit为10的6次方比特,Gbit为10的9次方比特,依此类推,(后面还有Tbit、Pbit、Ebit、Zbit、Ybit等单位) 3*10^6bit/s = 3Mbit/s = 3Mbps。
  • 带宽
    在计算机网络中,带宽通常表示某通道传送数据的能力(可宽泛理解为马路的宽度),因此网络带宽表示单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位为数据率的单位bit/s。也就是说,一条通信链路的“带宽”越宽,其所能传输的“最高数据率”也越高。 类比高速公路,马路越宽(带宽+)汽车多的时候才越不容易堵塞,但车开的快不快最终还是看汽车的性能和交通法规等一系列方面的影响。
  • 吞吐量
    吞吐量表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。吞吐量更经常的用于测量,以知道实际上有多少数据量能够通过网络。 吞吐量受网络的宽带或网络的额定速率的限制。 如对于一个1Gbit/s的以太网,额定速率为1Gbit/s,其实际吞吐量可能只有100Mbit/s。

类比高速公路,吞吐量相当于最终对车实行的的测速,也就是说这才是实际速度。

- 时延

“输出不能与高ping战士与飞雷神”
 时延(delay)是指一个数据(一个报文或分组)从一个网络的一端传送到另一个端所需要的时间。有时也被称为延迟和迟延。
时延包括了发送时延,传播时延,处理时延,排队时延

  • 发送时延(transmission delay) 发送时延是指主机或路由器发送数据帧所需的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特开始发送算起,到最后一个比特发送完毕所需的时间。 与发送的帧长成正比,与发送的速率成反比
    对于报文长度较大的情况,发送时延是主要矛盾,比如我们上传和下载...在百度云体会最为明显(手动狗头)。
  • 传播时延(propagation delay) 传播时延是指电磁信号或光信号在传输介质(信道)中传播一定的距离所花费的时间,即从发送端发送数据开始,到接收端收到数据(或者从接收端发送确认帧,到发送端收到确认帧),总共经历的时间。只与传播距离(信道长度)和传播介质影响电磁波在信道上的传播速率)有关。
    如果报文长度很小,对于其它一些情况,传播时延仍是巨大的矛盾,比如当我挂VPN通过洛杉矶的服务器连接到美国东部的节点来登陆我的Uplay账号时..然后当我登上彩六,它会再次“智能”地寻找延迟最低的服务器——然后从美国的节点再度绕到日本北部的节点,这种情况下我的延迟就几乎都来自传播时延,而我在他们看来就是高ping战士
  • 处理时延 主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理。例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等,这就产生了处理时延。
  • 排队时延 排队时延与网络利用率(通信量)有关,利用率越高,排队时延就越大。 当网络的通信量很大时甚至可能会发生队列溢出,使分组丢失...这相当于排队时延无穷大(你家网真的炸了)。

另外可以针对处理时延和排队时延想象一种极端情况,当整个计算机网络中通信量过大时,网络中的许多路由器的处理时延和排队时延将会以难以置信的速度飞速增加,处理时延和排队时延在这时反而当然会占主要成分...或者说这时整个网络的性能都变差了,可以联想三大运营商的速度差距......

- 信道 & 传输媒体

“你家网线被老鼠咬断啦”

  • 信道(channel)一般是用来表示向某一个方向传播信息的媒体。 因此,一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 可以有 单向通信(单工通信)双向交替通信(半双工通信)双向同时通信(全双工通信)
  • 传输媒体
    引导型传输媒体

1.双绞线 ——双绞线是最古老也是最常用的传输媒体,把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起,然后用规则的方法绞合(twist)起来就是双绞线。以前的老电话线用的就是双绞线,其传输距离一般为几到十几公里。 后来为了提高其抗干扰能力,区别于无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair),在双绞线的外面加上了一层用金属丝编制成的屏蔽层就形成了屏蔽双绞线,简称STP(Shielded Twisted Pair)。
2.同轴电缆 ——具有很好的抗干扰性,被用于传输较高速率的数据。
在局域网发展的初期曾被广泛用作传输媒体,但随着技术的进步,后来改用双绞线做为了传输媒介。 现在已经比较少见。
3.光缆 ——光缆主要是由光纤(光传输载体,一种细如头发的玻璃丝)经过一定的工艺而形成的线缆。光缆的基本结构一般由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成,另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。 其传输量大、损耗小、中继距离长,且体积小、重量轻,对远距离传输十分经济,故已成为主流趋势。

    非引导型传输媒体
 前面介绍了三种引导型传播介质,但当通信线路需要通过一些高山或岛屿时,经常会施工十分艰难。 即便在城市中,挖开马路更新敷设电缆也不是一件易事。 当遇到这些情况时,铺设电缆即昂贵有费时费事。但利用无线电波在自由空间中传播就可较快的实现多种多样的通信 。 区别于上述人工的传输介质,将自由空间称之为 “非引导型传输介质” 。 如我们使用的无线路由器和基站发出的移动数据信号(4G啊5G啊) 皆属此列。

- TCP/IP 的四层体系解构

TCP/IP 是一个四层的体系结构,它包含了 应用层运输层网际层网络接口层
不过实质上讲,TCP/IP只有最上面的三层,因为最下面的网际接口层并没有什么实质性的具体内容。谢希仁的教材中推荐用一种综合
OSI和TCP/IP优点的办法,即采用一种只有五层协议的体系结构,即(从上到下) 应用层运输层网络层数据链路层物理层 这样就十分简洁也能把概念阐述清楚。

应用层(application layer)

体系结构中的最高层,任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程是指主机中正在运行的程序。 对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。 在互联网中的应用层协议很多,如HTTP协议SMTP协议FTP协议等,我们将应用层交互的数据单元称之为报文(message)

运输层(transport layer)

运输层的任务是向两台中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。 应用进程利用该服务传送应用层报文。“通用的”指的是网络上的多种应用使用同一个运输层服务。 由于一台主机可同时运行多个进程, 因此运输层有复用分用的功能。
运输层最重要的内容是以下两种协议:

  • 传输控制协议 TCP (Transmission Control Protocol)
    ——提供面向连接的、可靠的数据传输服务,其数据传输的单位是报文段(segment)
  • 用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)
    ——提供无连接的、面向报文的、尽最大努力的(best-effort)数据传输服务(不保证数据传输的可靠性),其数据传输的单位是用户数据报

网络层(natwork layer)

网络层负责为分组交换网络上不同的主机提供通信服务。在发送数据时,网络层把运输层产生的报文段或用户数据报(依据使用协议)封装成分组进行传送(注意这里“分组”和“包”都是 packet ,翻译不同罢了,和上面报文段那里不同,这两个是同一个意思)。在TCP/IP体系中,由于网络层使用IP协议,因此分组也可叫做IP数据报,或简称为数据报。(虽然谢希仁在书中将“分组”和“数据报”作为同义词使用——但应该注意的是,大多数情况下,数据报(datagram)实际上指的一般都是面向无连接的数据传输。 还有一些情况,比如采用数据报方式传输时,被传输的分组称为数据报。通常是指起始点和目的地都使用无连接网络服务的的网络层的信息单元。 ) (我已经预见到了这篇文章在未来可能发生的大改...)

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(待更新)
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插画作者: ram (ramlabo) (https://www.pixiv.net/member.php?id=17429)

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(๑>ڡ<)☆谢谢老板~

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