第一章:计算机网络体系结构

一、计算机网络概述

1.计算机网络的概念

 是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。计算机网络是互连(互联互通)的、自治(无主从关系)的计算机集合。

2.计算机网络的功能

  1. 数据通信
  2. 资源共享
  3. 分布式处理
  4. 提高可靠性
  5. 负载均衡

3.计算机网络的组成

  1. 组成部分:硬件、软件、协议
  2. ★工作方式:

    1. 边缘部分:用户直接使用,有C/S方式和P2P方式等
    2. 核心部分:为边缘部分服务
      计算机网络组成.png
  3. ★功能组成:

    1. 通信子网(数据通信):实现数据通信;
    2. 资源子网(资源共享):实现资源共享/数据处理

4.计算机网络的分类

  1. 按分布范围分:

    1. 广域网(WAN):使用交换技术
    2. 城域网(MAN)
    3. 局域网(WAN):使用广播技术
    4. 个人区域网(PAN)
  2. 按使用者分:

    1. 公用网,如中国电信;
    2. 专用网,铁路、公安、部队、银行等
  3. 按交换技术分:电路交换、报文交换、分组交换
  4. 按拓扑结构分:

    1. 总线型
    2. 星型
    3. 环型
    4. 网状型(常用于广域网)
  5. 按传输技术来分:

    1. 广播式网络:共享公共通信信道
    2. ★点对点网络:使用分组存储转发和路由选择机制

脑图总结:

计算机网络概述总结1.png

5.标准化工作及相关组织

  1. 标准的分类:

    1. 法定标准:由权威机构制定的、合法的标准,如 OSI
    2. 某些公司的产品在竞争中占据了主流,时间长了,这些产品中的协议和技术就成了标准,如 TCP/IP
  2. RFC(Request For Comments) —— 因特网标准的形式
     只要是因特网标准,就是RFC形式;但是不是所有RFC形式都是因特网标准。
  3. 标准化工作的相关组织

    1. ★国际化组织 ISO:OSI参考模型,HDLC协议
    2. 国际电信联盟ITU:制定通信规则
    3. 国际电气电子工程师协会:学术机构、IEEE802系列标准、5G
    4. Internet 工程师任务组 IETF:负责因特网相关标准制定

脑图总结:

标准化工作及其相关组织.png

性能指标之速率、带宽、吞吐量

  1. 速率:即数据率或称数据传输率或比特率。单位:b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s。
  2. 带宽:用来表示网络的通信线路传送数据的能力,通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。单位:b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s。有时候也指网络设备所支持的最高速度。
  3. 吞吐量:表示单位时间内通过网络(或信道、接口)的数据量。单位:b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

性能指标之时延、时延带宽积、往返时间 RTT、利用率

  1. 时延:
    指数据(报文/分组/比特流)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟迟延高速链路指的是值得是发送速率的提高,并不会影响到电磁波的传输速率!时延.png
  2. 时延带宽积:时延带宽积 = 传播时延*带宽,又称为以比特位单位的链路长度,即某段链路现在有多少比特。
    时延带宽积.png
  3. 往返时延 RTT:从发送方发送数据开始,到发送方收到接收方的确认(接收方收到数据后立即发送确认),总共经历的时延。其中RTT 越大,在收到确认之前,可以发送的数据越多**。
    . RTT 包括

    1. 往返传播时延=传播时延*2
    2. 末端处理时间(要么题目给,要么忽略不计)
  4. 利用率:

    1. 信道利用率:信道利用率=(有数据通过的时间) / ((有+无)数据通过的时间);
    2. 网络利用率:信道利用率加权平均值。
      信道利用率.png

脑图总结

性能指标.png

计算机网络体系结构参考模型

1.分层结构

怎么分层?

分层的基本原则:

  1. 各层之间相互独立,每层只实现一种相互独立的功能;
  2. 每层之间界面自然清晰,易于理解,相互交流尽可能少;
  3. 结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来分割开;
  4. 保持下层上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务
  5. 整个分层结构应该能促进标准化工作。

正式认识分层结构:

  1. 实体:第 n 层中活动元素称为 n 层实体。同一层的实体叫做对等实体
  2. 协议:为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。
    . 协议的三大要素:

    1. 语法:规定传输数据的格式;
    2. 语义:规定所要完成的功能;
    3. 同步:规定各种操作的顺序;
  3. 接口(访问服务点SAP):上层使用下层服务的入口;
  4. 服务:下层为相邻上层提供的功能调用;
数据单元:

数据单元.png

. SDU 服务数据单元:未完成用户所要求的功能而应传送的数据。
. PCI 协议控制信息:控制协议操作的信息。
. PDU 协议数据单元:对等层次之间传送的数据单位。

总结:

  1. 网络系体系结构是从结构上描述计算机网络结构;
  2. 计算机网络体系结构简称网络体系结构是**分层结构;
  3. 每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能;
  4. 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;
  5. 第 n 层在向 n+1 层提供服务时,此服务不仅包含第 n 层本身的功能,还包含由下层服务提供的功能;
  6. 仅仅在相邻层间有接口,且所提供的服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽;
  7. 体系结构时抽象的,而实现是指能运行的一些软件和硬件。

2. ISO/OSI 七层参考模型

OSI7层参考模型.png

ISO/OSI 通信过程:

OSI通信过程.png

ISO/OSI 各层功能及协议:

1.应用层:所有能和用户交互产生网络流量的程序;
2.表示层:用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式(语法和语义);
. 功能:

  1. 数据格式变换
  2. 数据加密解密
  3. 数据压缩和恢复

3.会话层:向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序传输数据。这是绘画,也是建立同步(SYN);
. 功能:

  1. 建立、管理、终止会话
  2. 使用校验点可使绘画在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步

4.传输层:负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。传输单位时报文段或用户数据报;
. 功能:

  1. 可靠传输、不可靠传输
  2. 差错控制
  3. 流量控制
  4. 复用分用

5.★网络层:主要任务是把分组从源端传到目的端,未分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位时数据报;
. 功能:

  1. 路由选择
  2. 流量控制
  3. 差错控制
  4. 拥塞控制

6.数据链路层:主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧;数据链路层/链路层的传输单位数帧;
. 功能:

  1. 成帧
  2. 差错控制
  3. 流量控制
  4. 访问(接入)控制,控制对信道的访问

7.物理层:主要任务是在物理媒体上实现比特流**透明传输;物理层传输的单位是比特;
. 功能:

  1. 定义接口特性
  2. 定义传输模式
  3. 定义传输速率
  4. 比特同步
  5. 比特编码

3.OSI参考模型与TCP/IP参考模型异同点

. 相同点:

  1. 都分层
  2. 基于独立的协议栈的概念
  3. 可以实现异构网络互联

. 不同点:

  1. OSI定义三点:服务、协议、接口
  2. OSI先出现,参考模型先于协议发明,不偏向特定协议
  3. TCP/IP设计之初就考虑到易购网互联问题,将 IP 作为重要层次
  4. 面向连接分为三个阶段,第一是建立连接,在此阶段发出一个建立连接的请求。只有在链接成功建立之后才能开始数据传输,这是第二阶段。接着,但数据传输完毕,必须释放连接。而面向无连接没有这么多阶段,它直接进行数据传输。OSI与TCP不同点.png

4. 5层参考模型 —— 综合了OSI和TCP/IP 的优点

1.应用层:支持各种网络应用,FTP、SMTP、HTTP等

2.传输层:进程-进程的数据传输,TCP、UDP

3.网络层:源主机到目的主机的数据分组路由与转发

4.数据链路层:把网络层传下来的数据报组装成帧

5.物理层:比特传输

最后修改:2019 年 04 月 25 日 01 : 47 AM

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