计算机网络的性能
速率
速率即数据率（data rate）或称数据传输速率或比特率（bit rate）。
- 单位时间（秒）传输信息（比特）量
- 计算机网络中最重要的一个性能指标
- 单位：b/s（bps）、kb/s、Mb/s、Gb/s
在计算机网络中单位是10^3，而在计算机组成原理中一般是2^10
带宽 bandwidth
原本指信号具有的频率宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹。
网络的带宽通常是数字信道所能传送的最高数据率。
延迟/时延 （delay/latency）
分组交换为什么会发生丢包和时延？
- 正在传输的分组（延迟）
- 分组在路由器中要排队（delay）
- 路由器可用缓存满了，到达的分组会被丢弃（丢包）
四种分组延迟
1. 节点处理延迟 （node processing delay）
- 差错检测
- 确定输出链路
- 通常小于 msec
2. 排队延迟 （queueing delay）
- 等待输出链路可用
- 取决于路由器拥塞程度 （很不确定）
流量强度 traffic intensity = La/R
假设 R = 链路带宽 （bps），L = 分组长度 （bits），a = 平均分组到达速率。
流量强度趋近于0说明平均延迟很小。如果趋近于1则平均排队延迟很大（网络具有突发性）。大于1则超出服务能力，平均排队延迟无限大。
3. 传输延迟 （transmission delay）
从分组的第一个 bit 发送完成到 最后一个 bit 发送完成的时间。
- L：分组长度（bits）
- R：链路带宽（bps）
- 传输延迟=L/R
4. 传播延迟 （propagation delay）
- d: 物理链路长度
- s: 信号传播速度
- 传播延迟=d/s
时延带宽积 （链路能容纳多少bit（数据））
时延带宽积 = 传播时延 带宽 = propagtion（时间） R （bps）= 比特
因此时延带宽积又成为以比特为单位的链路长度。
分组丢失（丢包）
- 队列缓存容量有限
- 分组到达已满队列将被丢弃
- 丢弃分组可能由前序结点或源重发（也可能不重发）
丢包率 = 丢包数/已发分组总数
吞吐量/率 （throughput）
表示在发送端与接收端之间传送数据速率（b/s）
- 即时吞吐量：给定时刻的速率
- 平均吞吐量：一段时间的平均速率
端到端来看吞吐量取决于链路中最小的带宽。
瓶颈链路（bottleneck link）
端到端路径上，限制端到端吞吐量的链路。
假设有 10 条连接，R1-R10 为连接到骨干网（R）上的链路，RR1-RR10是另外一端的链路，则
- 每条连接的端到端吞吐量为 min(R1-R10, RR1-RR10, R/10)
- 实际网络中往往接入网是瓶颈
计算机网络体系结构 分层结构
计算机网络是一个非常复杂的系统，涉及许多组成部分
- 主机（hosts）
- 路由器 （routers）
- 各种链路（links）
- 应用 （applications）
- 协议 （protocols）
- 硬件、软件
分层结构
- 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
- network architecture
- 每层遵循某些网络协议完成本层功能
- 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
- 体系结构是一个计算机网络的功能层次及其关系定义
- 体系结构是抽象的
OSI 参考模型
理论模型，理论成功，市场失败。很重要。
主机A发送数据到主机B。 上四层为端到端层 （end-end）
物理层
bit传输
接口特性
- 机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
比特编码
数据率、bit率
比特同步
- 时钟同步
传输模式
- 单工 （Simplex）电视
- 半双工 （half-duplex）收发不能同时进行
- 全双工 （full-duplex）独立的两个信道
数据链路层
- 负责结点到结点的数据传输（node-node）数据帧
- 组帧 （Framing），目的是让物理层识别一个帧
- 物理寻址（Physical addressing）
- 流量控制 （Flow control）避免淹没接收端
- 差错控制 （Error control）检测并重传或丢失帧，并避免重复帧
- 访问接入控制（Access control）在任一给定时刻决定哪个设备拥有（物理介质）控制使用权
网络层
- 负责源主机到目的主机数据分组（packet）交付
- 逻辑寻址（Logical addressing全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机，如 IP 地址）
- 路由 （Routing）路径选择
- 分组转发
传输层
- 负责源目端到端的（进程间）完整报文传输
- 分段与重组
- SAP 寻址确保将完整报文提交给正确进程，如端口号
- 连接控制（逻辑）
- 流量控制
- 差错控制
会话层
- 对话控制 （dialog control）建立与维护
- 同步（synchronization）在数据流中插入同步点
- 最薄的一层
表示层
处理两个系统间交换信息的语法语以问题
- 数据表示转化（大端小端）转换为主机独立编码传输，到目的端转为本地编码
- 加密/解密
- 压缩/解压缩
应用层
TCP/IP
先实现后总结的模型。
- 应用层 报文（message）
- 传输层 段 （segment）
- 网络层 数据报（datagram）
- 数据链路层 帧 （frame）
- 物理层
可以看到交换机二层，路由器三层。