计算机网络基础（二）

一、计算机网络的类别

　　计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

　　计算机网络有很多种别，按照不同的作用范围可以分为：

　　(1)广域网WAN(Wide Area Network) 广域网的作用范围通常为几十到几千公里，因而也成为远程网(long haul network)。广域网是因特网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。链接广域网各个节点交换机的链路一般都是高速链路，具有较大的通信容量。

　　(2)城域网MAN(Metropolitan Area Network) 城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离为5~50km。城域网一般为一个或几个单位所拥有，但也可以是一种公用设施，用来将多个局域网进行互联。目前有很多城域网采用的是以太技术，因此也常并入局域网的范畴。

　　(3)局域网LAN(Local Area Network) 局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连（10Mb/s），但是地理上局限在较小的范围（1km左右）。在局域网发展的初期，一个学校或者工厂往往只拥有一个局域网，但现在的局域网已经非常广泛的使用，一个学校或者大企业都拥有许多互联的局域网，这样的局域网通常称为校园网或者企业网。

　　(4)个人区域网PAN(Personal Area Network) 个人区域网就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无限技术连接起来的网络，因此也常称为无限个人区域网WPAN(wireless PAN)。其范围大概在10m左右。

　　顺便需要指出的是，若中央处理器之间的距离非常的近，如1m的数量级或者更小些，则这些机器一般称为多处理机系统而不称它为计算机网络。

　　按照不同的使用者可以分为：

　　(1)公用网  一般指电信公司出资建造的大型网络。也可称为公众网。

　　(2)专用网  这是某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络，这种网络不想本单位外的人提供服务。例如，军队、铁路、电力等系统都属于专用网。

二、计算机网络的性能

　　1.计算机网络的性能指标

　　(1)速率

　　计算机发送的信号都是以数字的形式的。比特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。英文字bit来源于binary digit，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或者0。网络技术中的速率通常指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上的传送数据的速率，它也称为数据率或者比特率。速率是计算机网络中的一个非常重要的指标。速率的单位是b/s、bit/s或者bps(bit per second).

(2)带宽

　　带宽本来是指某个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分所占的频率范围。例如，在传统的通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz，其范围是300Hz到3.4kHz。这种意义的带宽的单位是赫。在过去的很长一段时间内，通信的主干线传送的是模拟信号(即连续变化的信号)。因此，表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路的带宽，或通频带。

　　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的某一个点到另一个点所能通过的最高数据率。带宽的单位是比特每秒。

(3)吞吐量

　　吞吐量表示在单位时间内通过某个网络、信道或者接口的数据量。吞吐量更经常的用于实际网络的一种测量，一边知道实际上到底有多少数据量能通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

(4)时延

　　时延是指数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间。网络中的时延的组成：

　　发送时延 发送时延是主机或者路由器发送数据帧所需要的时间，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要的时间。因此发送时延也叫做传输时延。发送时延的计算公式是：

发送时延=数据帧长度(bit) / 信道带宽(bit/s)

　　对于一定的网络，发送时延并非固定不变，而是与发送的帧长成正比，与信道带宽成反比。

　　传播时延 传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延的计算公式是：

传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道上的传播速率(m/s)

　　处理时延 主机或者路由器在收到分组时需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，进行差错校验或查找适当的路由等等，这就产生了处理时延。

　　排队时延 分组经过网络传输时，要经过许多的路由器，但当分组在进入路由器后要现在输入队列中对等待处理。在路由器确认了转发路由接口后，还要在输出队列中排队等候转发，这就产生了排队时延。排队时延的长短取决于网络当时的通信量。当网络中的通信量很大时，会发生队列的移除，使分组丢失(丢包)，这相当于排队时延是无穷大。

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

一般来说，小时延的网络要优于时延大的网络。在某些情况下，一个低速率、小时延的网络可能优于一个高速率但是时延很大的网络。

对于高速网络链路，高速值得是数据发送速率而不是比特在链路上的传播速率。一般来说，当选定了介质后，传播速率基本上是固定的不变的，都是接近光速的。例如光在光纤中的传播速率为每秒20.5万公里，它比电磁波在铜线中的传播速率(每秒23.1万公里)要略低一些。而提高了发送速率只是减少了数据的发送时延。

(5)时延带宽积

　　传播时延带宽积 = 传播时延 X 带宽

传播时延带宽积一般用来表示某条通信线路比特的容量，或者说是管道中的已经从发送端发出但是没有到达接收端的比特数。对于一条信道，只有信道中充满比特时，信道才得到充分的利用。

(6)往返时间RTT

　　往返时间RTT(Round-Trip Time)表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。

(7)利用率

　　利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的，完全空闲的信道的利用率是0。网络的利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道的利用率并非越高越好，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增大。当网络的通信量很少时，网络产生的时延并不是很大。但在网络通信量不断增大的情况下，由于分组在网络节点进行处理时需要排队等候，因此网络引起的时延就会增大。

网络当前的时延D = 空闲时延D₀/ (1 - 网络利用率U)

而且网络时延会随着网络的利用率的增加而急剧增加。