计算机网路之入门篇笔记

 1、计算机网络入门

1.1、怎么学习计算机网络?

由于知识点多,选择理解记忆,抓住重点(以太网网络、协议、网络设备),背背公式、知识点(考试);

1.2、计算机网络的概念

计算机网络:是一个将分散的(即地理位置不同等)、具有独立功能的计算机系统(手机端、PC端等),通过通信设备(即交换机、路由器等)与线路连接起来,由功能完善的软件(即在手机端、电脑端等的软件)实现资源共享信息传递的系统。

简单地说,计算机系统、通信设备、线路组成的的如同一个只有水泥、砖头砌成粗糙房,要想住进还得刷墙等装修,这软件就如装修(的东西)。

计算机网络是互连的、自治的计算机集合。(公认)

  • 互连即互联互通 通信链路

  • 自治即无主从关系

1.3、计算机网络的功能

  1. 数据通信(连通性)

  2. 资源共享(硬件、软件、数据的共享)

  3. 分布式处理(多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分,如Hadoop平台)

  4. 提高可靠性(例如:计算机网络中的一台主机A去世了,它所在这条链路就不能走,但是另一条链路上的主机B就可以成为它的替代机,依然可以继续工作,即 M--A--C可换成 M--B--C)

  5. 负载均衡(各计算机之间更亲密)

  6. ……

1.4、计算机网络的组成

  1. 组成部分

    硬件、软件、协议

  2. 工作方式

    • 边缘部分(主机所存在的部分) - 用户直接使用,有C/S方式,P2P方式

    • 核心部分(包括路由器、大量的网络等)- 为边缘部分服务

  3. 功能组成

    • 通信子网:实现数据通信

    • 资源子网:实现资源共享/数据处

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1.5、计算机网络的分类

  • 按分布范围分: 广域网WAN(交换技术),城域网MAN,局域网LAN(Local Area Network,广播技术),个人区域网PAN

  • 按使用者分:公用网、专用网

  • 按交换技术分:电路交换、报文交换、分组交换

  • 按拓扑结构分:总线型,星型(5条链路),环型,网状型(常用于广域网,如因特网)

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  • 按传输技术分:

    • 广播式网络 共享公共通信信道

    • 点对点网络 使用分组存储转发路由选择机制

1.6、总结时间

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2、标准化工作及相关组织

2.1、标准化工作

国有国法,家有家规,计网里有计网标准规则、协议;

要实现不同厂商的硬件、软件之间相互连通,必须遵从统一的标准。

2.2、标准的分类:

  • 法定标准:由权威机构制定的正式的、合法的标准,如OSI

  • 事实标准: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

2.3、RFC及其发展为因特网的4个阶段

温馨提示:RFC的概念就了解即可!

Request For Comments(RFC),是一系列以编号排定的文件。文件收集了有关互联网相关信息,以及UNIX和互联网社区的软件文件。目前RFC文件是由Internet Society(ISOC)赞助发行。基本的互联网通信协议都有在RFC文件内详细说明。RFC文件还额外加入许多的论题在标准内,例如对于互联网新开发的协议及发展中所有的记录。因此几乎所有的互联网标准都有收录在RFC文件之中。

温馨提示:2011年草案标准被去除!

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2.4、标准化工作的相关组织

温馨提示:IEEE是计算机类专业生查阅论文等的福地!

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2.5、总结时间

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3、性能指标

3.1、速率

(1)速率即数据率、数据传输率、比特率。

(2)比特 1/0位,简称 bit ,b。

(3)是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率

(4)单位有b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s

(5)如:发送端发送0101010101这10位(b)数据到接收端,花费了2秒(s),即速率为 10b / 2s = 5b/s;

发送端发送0101010101这10位(b)数据到接收端,花费了1秒(s),即速率为 10b / 1s = 10b/s;

(6)速率单位与存储容量单位的区别:

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3.2、带宽

(1) "带宽"原本指某个信号具有的频带宽度,即最高频率与最低频率之差,单位是(Hz)。

(2)在计算机网络中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"。单位是"比特每秒",b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s

(3)另一个记法:网络设备所支持的最高速度。例如:一个交换机的口为100M的口,也就意味着这个交换机的带宽为100Mb/s,即它的极限(最多)传输速率为100Mb/s,即从发送端发送到链路的数据最大发送速率为100Mb/s。

(4)

【1】链路带宽=1Mb/s,主机在1us内可向链路发1bit数据;也可以看作母鸡A 1秒内生1个蛋,但孵蛋速度一样

【2】链路带宽=2Mb/s,主机在1us内可向链路发2bit数据;也可以看作母鸡B 1秒内生2个蛋,但孵蛋速度一样

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(5)带宽与传输(发送)速率有关,与传播速率无关;

3.3、吞吐量

(1)表示在单位时间内通过某个(或信道、接口)的数据量。单位 b/s,kb/s,Mb/s等。

(2)吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

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(3)举个有胃道的例子:小黄是个大吃货,一秒内最多可以吃100个包子,即类似于链路带宽为 100Mb/s,盼盼食品每秒提供20个包子,达利园每秒提供10个包子,小黄的吞吐量就是30个包子/秒,即类似于交换机的吞吐量为30Mb/s。

3.4、时延

(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,也叫延迟或迟延,单位是秒 s。

温馨提示:4种时延都是有要求考虑时,才需要考虑

(2)时延 = 发送时延(传输时延) + 传播时延 + 排队时延 + 处理时延

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(3)发送时延:

  • 从发送分组的第一个比特算起,到该组的最后一个比特发送完毕所需时间的时间,可以说发生在主机、发送端内

  • 发送时延 = 数据长度 / 信道带宽(发送速率) 带宽指的是最高的传输数据速率,但题目通常只给带宽

(4)传播时延:

  • 是电磁波在信道上传播一定距离所花费的时间。

  • 取决于电磁波传播的速度和链路的长度、介质等。

  • 为什么是电磁波,而不是比特流呢 ?

    • 因为是以电磁波为载体传播的

    • 简言之,电磁波背着比特在跑路,电磁波是背东西的。

  • 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速度

(5)排队时延:等待输出/入链路可以使用

(6)处理时延:检错找出口

(7)高速链路:指的是该链路 发送速率高,不是传播速率高

3.5、时延带宽积

(1)时延带宽积 = 传播时延 × 带宽

(2)单位:s = s × b/s

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(3)时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。即"某段链路现在有多少比特",可以说是"容量"!

3.6、往返时延RTT

(1)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,从 发送方的第1个比特刚放到信道上 开始到 发送方接收到第1个比特的确认 的时间段),总共经历的时延。

(2)RTT包括:

  • 往返传播时延 = 传播时延 * 2

  • 末端处理时间

(3)RTT越大,在收到确认之前,可以发送的数据越多。

  • 为啥子内?

  • 因为RTT越大,即在传播数据过程中,发送方等待的确认时间就更大,与此同时,发送方收到接收方的确认之前就有更多时间发送数据(从发送端到链路的过程),又由于发送数据速度(一定),因而发送数据越多。

(4)测试连接百度的往返时延

DOS窗口下,输入ping www.baidu.com

3.7、利用率

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

  • 网络利用率 = 信道利用率加权平均数

时延与利用率的关系

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3.8、总结

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4、分层结构、协议、接口、服务

4.1、为什么要分层?

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发送文件前要完成的工作:温馨提示:了解即可,作为辅助知识

(1)发送通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活

(2)要告诉网络如何识别目的主机;

(3)发起通信的计算机要查明目的主机是否开机,并且与网络连接正常;

(4)发起通信的计算机要弄清楚,对方计算机中文件管理程序是否已经做好了准备工作;

(5)确保差错和意外可以解决;

(6)……

4.2、怎么分层?-- 分层的基本原则

  1. 各层之间相互独立,每层只实现一种相对独立的功能;

  2. 每层之间界面自然清晰,易于理解,相互交流尽可能少;

  3. 结构上可分割开来,每层都采用最合适的技术来实现;

  4. 保持下层对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;

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4.3、正式认识分层结构

  1. 实体:第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。

  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。【水平】

    • 语法:规定传输数据的格式

    • 语义:规定所要完成的功能

    • 同步:规定各种操作的顺序

  3. 接口(访问服务点SAP):上层使用下层提供的服务的入口。

  4. 服务:下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

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  • SDU 服务数据单元:为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

  • PCI 协议控制单元: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。

4.4、概念总结:

温馨提示:能理解记住最好

  1. 网络体系结构是从功能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,是计算机网络的各层及其协议的集合,是分层结构。

  3. 体系结构是抽象的,而实现是指运行的一些软件和硬件。

  4. 每层遵循某个/些网络协议,来完成本层的功能。

  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,还包含其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。

5、计算机网络分层结构

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5.1、OSI参考模型

(1)ISO/OSI参考模型是怎么来的?

答:

  • 为了解决计算机网络复杂的大问题 ===> 分层结构(按功能)

  • 目标:支持异构网络系统的互联互通。

  • 国际标准化组织(ISO)于1984年提出开放系统互连(OSI)参考模型。

  • 但是!理论成功,市场失败。

(2)ISO/OSI参考模型

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(3)ISO/OSI参考模型解释通信过程

图【1】:

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图【2】:

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 图【3】: 计算机网路之入门篇笔记_第21张图片

俗话总结:

  • 从主机A打包(包装快递,从应用层到物理层),经过协议,传输给主机B,主机B再拆包(拆快递包,从物理层到应用层);

  • 从应用层到数据链路层都会多多少少加点东西,物理层是个大傻子!

应用层

  • 用户和网络的界面,所有能和用户交互产生网络流量的程序

  • 典型应用层服务:

    • 文件传输(FTP)

    • 电子邮件(SMTP)

    • 万维网(HTTP)

    • ……

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)数据格式交换 (翻译官)

    • 2)数据加密解密

    • 3)数据压缩和恢复

  • 主要协议:JPEG、ASCII

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地传输数据。这就是会话,也是建立同步(SYN)。

  • 功能:

    • 1)建立、管理、终止会话

    • 2)使用校验点可以使会话在通信失效时,从校验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步。

      • 举个例子:就比如你传一本小说(共有1000章),在传第101章的时候突然通信失效,并且你在第100章的这个点有设置校验点,则会继续从100章这个校验点继续传送,不会从头再来。也可叫断点续传

  • 主要协议:ADSP、ASP

  • 适用于传输大文件

传输层

  • 负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。传输单位是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

      • 复用:多个应用层进程同时使用下面传输层的服务。

      • 分用:传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相对应的进程。

网络层

  • 主要任务是把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报

  • 功能:

    • 1)路由选择(最佳路径)

    • 2)流量控制

    • 3)差错控制

    • 4)拥塞控制

      • 若所有结点都来不及接受分组,而要丢弃大量分组的话,网络就处于拥塞状态。因此,要采取一定措施,缓解这种拥塞。

  • 主要协议:IP,IPX,ICMP,IGMP,ARP,RARP,OSPF

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/链路层的传输单位是

  • 功能:

    • 1)成帧(定义帧的开始和结束)

    • 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

  • 主要协议:SDLC、HDLC、PPP、STP

物理层

  • 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。

  • 透明传输:指不管所传数据是啥样的比特组合,都应当能够在链路上传送。即物理层就是个大瞎子。

  • 物理层传输单位是比特。

  • 功能:

    • 1)定义接口特性

    • 2)定义传输模式

      • 有单工、半双工、双工

    • 3)定义传输速率

    • 4)比特同步

    • 5)比特编码

  • 主要协议:Rj45、802.3

补充知识点:

  • 【1】信道是传送信息的物理性通道。信息是抽象的,但传送信息必须通过具体的媒质。

5.3、TCP/IP模型

(1)OSI参考模型与TCP/IP参考模型的图比较

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(2)OSI参考模型与TCP/IP参考模型的相同点:

  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; 将世界上的各个计算机联系起来

(3)OSI参考模型与TCP/IP参考模型的不同点:

  1. OSI定义三点:服务、协议、接口; 与TCP/IP不同

  2. OSI比TCP/IP先出现,OSI的参考模型先于协议发明,不偏向特定协议;

  3. TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题,将IP作为重要层次;

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(4)面向连接分为三个阶段:

  • 第一阶段:建立连接,在此阶段,发出一个建立连接的请求;

  • 第二阶段:只有在连接成功建立之后,才开始数据传输;

  • 第三阶段:当数据传输完毕时,必须释放连接;

面向无连接没有这么多阶段,它直接进行数据传输。

5.4、5层参考模型

(1)5层参考模型图示

综合了OSI和TCP/IP的优点

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(2)5层参考模型的数据封装与解封装

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6、概论知识总结

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