第1章コンピュータネットワークの概要
セクション1コンピュータネットワークの基本概念
1.コンピュータネットワークの概念
コンピュータネットワークとは、通信機器と通信リンクまたは通信ネットワークを使用して、コンピュータシステムをさまざまな場所と自律機能で相互接続し、特定のルールに従ってコンピュータシステムの前で情報の交換を実現することです。より短く、より一般的な定義：コンピューターネットワークは、相互接続された自律型コンピューターの集合です。
第二に、ネットワークプロトコル
情報を送信、受信、または転送するプロセスでは、インターネットで相互接続されたエンドシステム、パケットスイッチング機器、またはその他のネットワーク機器はすべて、いくつかの規制または規則に従う必要があります。ネットワークプロトコル
三つ、合意の三つの要素
プロトコルは、ネットワーク通信エンティティ間のデータ交換のプロセスで従う必要のある規則または合意であり、コンピュータネットワークの秩序ある運用のための重要な保証です。
すべての合意には、合意の3つの要素と呼ばれる、構文、セマンティクス、タイミングの3つの基本要素があります。
- 構文：エンティティ間で交換される情報の形式と構造を定義するか、エンティティ（ハードウェアデバイスなど）間で送信される信号のレベルを定義します。
- セマンティクス：セマンティクスとは、エンティティ間で交換される情報に送信（または含める）する必要のある制御情報、この情報の特定の意味、および受信側がさまざまな意味の制御情報にどのように応答するかを定義することです。
- タイミング：タイミングは、同期とも呼ばれ、エンティティが情報を交換する順序と、互いの速度を一致または適応させる方法を定義します。
第四に、コンピュータネットワークの機能
コンピュータネットワークの機能は、異なるホスト間の迅速な情報交換を実現することです。コンピュータネットワークは、情報交換を通じて、ハードウェアリソース共有、ソフトウェアリソース共有、情報リソース共有など、リソース共有のコア機能を実現できます。
V.コンピュータネットワークの分類
現在最大のコンピュータネットワークはインターネット（インターネット）です。さまざまな分類基準に従って、これらのネットワークはさまざまなタイプに分類できます
- カバレッジによる分類
（1）パーソナルエリアネットワーク（PAN）パーソナルエリアネットワークは、通常、無線通信技術を介してパーソナルデバイスによって形成され、パーソナルデバイス間のデータ伝送を実現する小規模なネットワークです。パーソナル
エリアネットワークは通常0〜10mをカバーします。（2）ローカルエリアネットワーク（LAN）ローカルエリアネットワークは通常、オフィス、オフィスビル、工場、キャンパスなどのローカルエリアに展開されます。高速制限または無線リンクを使用してホストをリンクし、ローカルエリアでの高速データ伝送を実現します。ローカルエリアネットワークは通常10m-1Kmをカバーします
（3）メトロポリタンエリアネットワーク（MAN）メトロポリタンエリアネットワークは都市をカバーするネットワークを指し、カバレッジエリアは通常5-50kmです。
（4）ワイドエリアネットワーク（WAM）ワイドエリアネットワークは、通常、より広い地理的空間にわたって数十から数千キロメートルの範囲をカバーし、リモートメトロポリタンエリアネットワークまたはローカルエリアネットワークの相互接続を実現できます。 - トポロジによる分類
ネットワークトポロジとは、ネットワーク内のホストとネットワークデバイス間の物理的な接続とレイアウトを指します。コンピュータネットワークは、トポロジに応じて、バストポロジ、リングトポロジ、スタートポロジ、ハイブリッドトポロジ、ツリートポロジ、メッシュトポロジなどに分類できます。
（1）バストポロジ。
バス型トポロジーネットワークは、バスと呼ばれる共通の伝送媒体としてブロードキャストチャネルを使用し、すべてのノードがバスに接続され、ノード間の通信は共有バスを介して実行されます。バスはブロードキャストチャネルであるため、いずれかのノードがバスを介してデータを送信すると、他のノードがデータを伝送する信号を受信します。
メリット：
①必要なケーブル数が少ない
②構造がシンプル
③拡張が容易
デメリット：
①通信範囲が限ら
れている②障害の診断と分離が難しい
③競合が発生しやすい
（2）リングトポロジ。リングトポロジネットワークは、通信リンクを使用してすべてのノードを閉じたリングに接続します。リング内のデータ伝送は、通常、一方向（または双方向）伝送です。各ノードは、リングからデータを受信し、リングにデータを転送できます。
利点：
①必要なケーブル長が短い
②光ファイバーを使用できる
③簡単競合を回避するための
デメリット：
①ノードに障害が発生すると、ネットワーク全体が簡単に麻痺する可能性があります
。②新しいノードに参加または撤回するプロセスは面倒です。
③待ち時間の問題があります
（3）スタートポロジ構造
スタートポロジ構造ネットワークには中央ノードがあり、ネットワーク内のホストはポイントツーポイント通信リンクを介して中央ノードに接続されています。中央ノードは通常、ハブ、スイッチなどです。ホスト間の通信は、中央ノードを介して実行する必要があります。
利点：
①監視と管理が容易
②
障害の診断と切り分けが容易短所：
①中央ノードはネットワークのボトルネックであり、障害が発生するとネットワーク全体が麻痺します
②ネットワーク規模は中央のポート数によって制限されますノード
（4）ハイブリッドトポロジ
ハイブリッドトポロジ2つ以上の単純なトポロジネットワークが混在して形成されたネットワークです。実際のネットワークトポロジのほとんどはハイブリッドトポロジです。
長所：
①拡張が容易で、さまざまな規模の
ネットワークを構築できます②ネットワーク構造をニーズに応じて最適化できます
短所：
①複雑なネットワーク構造
②複雑な管理と保守
（5）ツリートポロジ構造
ツリー形状トポロジネットワークは、バストポロジまたはスタートポロジネットワークの拡張と見なすことができます。現在、多くのローカルエリアネットワークがこのトポロジを使用しています
長所：
①拡張が
容易②障害分離が容易
短所：
ルートノード、障害時のルートノードの信頼性が高いため、広範囲の通信ネットワーク
（6）メッシュトポロジ、メッシュトポロジ内の
ノードが複数のリンクが異なるノードに直接接続されています。
長所：
①ネットワークの信頼性が高い②1
つ以上のリンクに障害が発生してもネットワークを接続できる
短所
①ネットワーク構造が複雑である
②コストが高い
③ルーティングプロトコルが複雑である。3
。
交換によるデータ交換の分類は次のことを意味します。ネットワークは相互に接続されています。ノード間のデータ転送。送信ノードから宛先ノードにデータを送信するプロセスとテクノロジーを実現します。ネットワークで採用されているデータ交換技術により、コンピュータネットワークは回線交換、メッセージ交換ネットワーク、パケット交換ネットワークに
分類できます。4。ユーザー属性による分類
（1）パブリックネットワーク
（2）プライベートネットワーク
セクション2コンピュータネットワーク構造
1.ネットワークのエッジ
ネットワークに接続されているコンピューター、サーバー、スマートフォン、スマートセンサー、スマートホームアプライアンスなどは、ホストまたはエンドシステムと呼ばれます。
これらのエンドシステムはネットワークの端に配置されているため、ネットワークに接続されているすべてのエンドシステムが構成されます。ネットワークエッジ。
ネットワークのエッジにあるエンドシステムは、分散ネットワークアプリケーションを実行し、アプリケーションの目的を達成するためにエンドシステム間でデータを交換します。
2.ネットワークへのアクセス
アクセスネットワークは、ネットワークのエッジにあるエンドシステムとネットワークのコアの間の接続とアクセスを実現するネットワークです。
一般的なアクセスネットワーク技術には、電話アクセス、非対称デジタル加入者回線ADSL、ハイブリッド光ファイバー同軸ケーブルHFCアクセスネットワーク、ローカルエリアネットワーク、およびモバイルアクセスネットワークが含まれます。
第三に、ネットワークのコア
ネットワークの中核は、通信リンクで相互接続されたパケット交換機器で構成されるネットワークであり、その役割は、ネットワークのエッジ上のホスト間のデータ中継と転送を実現することです。
セクション3データ交換技術とコンピュータネットワークのパフォーマンス
1.データ交換の基本概念
より広い範囲とより多くのホストを接続するために、多くのスイッチングデバイスを相互接続して、データリレーと転送のための中間ネットワークを形成できます。
次に、ホストをより近いスイッチングデバイスに接続し、ホストは中間を通過しますネットワークはリレーと転送を実現します。
この中間ネットワークは、送信されたデータの内容を気にする必要があるが、唯一の宛先ノードに到達するまで、あるノードから別のノードにデータを中継し、これらのデータの交換の機能を提供し、データ交換ネットワークと呼ばれるしない
構成します交換ネットワークノード（つまり、スイッチング機器）はスイッチングノードと呼ばれ、スイッチングノードと伝送メディアの集合は通信サブネットと呼ばれ、ネットワークのコアです。
2.データ交換テクノロジー
一般的なデータ交換技術には、回線交換、メッセージ交換、パケット交換が含まれます
- 回線交換
回線交換ネットワークでは、最初に回線と呼ばれる中間交換ノードを介して2つのホスト間に専用の通信回線が確立され、
次に回線が通信に使用されます。通信が完了すると、回線が削除され、
回線交換が行われます。通信に使用されます。回路、データ送信、回路除去の3段階 - メッセージ交換
メッセージ交換は情報交換とも呼ばれ、その動作プロセスは次のとおりです。送信者は送信/受信ホストのアドレスとその他の制御情報を追加して
完全なメッセージを形成し、メッセージをメッセージ単位で交換する必要があります。ネットワークは、宛先ホストに到達するまで、ストレージ転送方式で送信されます - パケット交換
（1）パケット交換の基本原理。パケット交換では、送信データ（メッセージ）をより小さなデータブロックに分割する必要があります。各データブロックには、アドレスやシリアル番号などの制御情報が追加されてデータパケットが形成されます。各パケットは個別に宛先に送信され、宛先はデータを受信します。パケットは再構成され、メッセージに復元されます。パケット伝送プロセスは通常、ストアフォワードスイッチングも使用します
（2）パケットスイッチングの利点
①スイッチング機器の必要なストレージ容量が
少ない②高速スイッチング速度
③高い信頼性のある伝送効率
④より公平
（3）
パケット長の決定①パケット長と遅延時間
パケット交換ネットワークの送信-転送プロセスは、キューイングシステムとして抽象化できます。キューイング理論の分析に基づいて、パケットの長さが同じである場合、スイッチングプロセスでのパケットの遅延時間がわかります。小さいです。
したがって。メッセージは一定の標準長に応じて「パケット」に分割されるため、スイッチング機器は情報を1つの単位として処理できるため、交換プロセスにおける情報の遅延時間が短縮されます。
②パケット長とビット誤り率
通信リンクのチャネル誤り率は、パケット長を決定する際に考慮する必要のあるもう1つの要素です。パケット長をLビットに設定します。ここで、hはパケットヘッダー長、データ長はxビット、つまり
x + h = Lがあり
ます。チャネルエラーレートがPeの場合、パケット送信の確率は正しいです（パケットのビットエラーレートのみを考慮）
。Ps=（1-Pe）の累乗です。 x + hの
パケット送信エラーが再送信を必要とする確率は（1-Ps）です。複数の連続した送信エラーの可能性を考慮すると、最適なパケット長Loptを取得できます。
最高のチャネル使用率は次のように表すことができます。
第三に、コンピュータネットワークの主なパフォーマンス指標
- 速度及びブロードバンド
速度は、ネットワーク上の単位時間当たりの送信データ量を意味する。ネットワーク上のデータ伝送の速度を記述するために使用される。また、データ伝送レートまたはデータレートと呼ばれる
。送信されたデータをコンピュータネットワークによると、ビット単位のバイナリデータです。基本レートは次のとおりです。単位はビット/秒（ビット/秒）で、ビットレートとも呼ばれます。
同時に、ブロードバンドデータはレートを表すためにも使用されます。
通信または信号処理の分野では、ブロードバンドは元々信号の帯域幅、つまり信号の最高周波数と最低周波数の差を指します。成分、Hz（ヘルツ）。
コンピュータネットワークの場合
リンクまたはチャネルのデータ伝送容量を説明する場合、ブロードバンドという用語は、リンクまたはチャネルの最高データレートを示すためによく使用され、単位もビット/秒です。 - レイテンシー
レイテンシーとは、データがネットワーク内のノード（ホストまたはスイッチングデバイスなど）から別のノードに到達するのにかかる時間を指します。
パケットの各ホップの送信プロセスは、主に4種類の時間遅延を生成します
（1）ノード処理遅延
（2）キューイング遅延
パケット送信遅延：
出力リンクでパケットが送信される場合、最初のビットから最後のビットまでの送信にかかる時間は、送信遅延とも呼ばれます。
パケットの長さがLで、
リンク幅がRであると仮定すると、遅延dt
（3）伝送遅延
（4）伝搬遅延
信号が送信機から出て、物理リンクの特定の距離を通って受信機に到達するのに必要な時間は、伝搬遅延dpと呼ばれます。
物理的な長さがDの場合、
信号の伝搬速度はV（ m / s）
。dpに拡張：D / V
- 遅延帯域幅積
物理リンクの伝搬遅延とリンク帯域幅の積は、遅延帯域幅積と呼ばれ、Gで表されるため、
G = dp * R
好きな豚へ
一部の人々は、あなたが彼に良いので、あなたは良いと思います、彼はあなたが愛する人です;ある人は、彼らがあなたの良さを理解しているので、あなたに親切になりたいので、彼はあなたを愛する人です;終わり幸せのはあなたが愛する人があなたを愛する人になることです。