【计算机网络】概述 OverView

计算机网络-概述

计算机网络-物理层

计算机网络-数据链路层

计算机网络-网络层

计算机网络-传输层

计算机网络-应用层

教材：计算机网络第8版
章节：第一章概述
内容：b站王道考研-计算机网络-体系结构概述

概述

概念

• 网络：网样的东西或网状系统
• 计算机网络：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
  • 计算机网络是互联的、自治的计算机集合
  • 互联：通过通信链路互联互通
  • 自治：无主从关系
• 计算机网络特点：
  • 数据通信：
  • 资源共享：同一计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机资源的行为(可共享硬件,软件,数据)
  • 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作不同部分
  • 提高可靠性：有替代机存在，不会在机器出故障情况下导致任务停摆
  • …

发展阶段

• 第一阶段：ARPAnet
  • 。。
• 第二阶段：三级结构
  • 主干->地区->本地
  • ISP：因特网服务提供者
• 第三阶段：多层次ISP结构
  • IXP：因特网交换点：让两个网络直接相连

计算机网络组成

1. 组成部分：硬件、软件、协议(一系列规则和约定的集合)
2. 工作方式
   • 边缘部分
     • C/S方式:客户端-服务端
     • P2P方式:对等方式
       • 既是服务端又是客户端
   • 核心部分:网络,中间件等,服务于边缘部分
3. 功能组成
   • 通信子网:实现数据通信
     • 包括(物理层,数据链路层,网络层)
     • 提供传输介质,通信设备和相应协议
   • 资源子网:实现资源共享/数据处理
     • 包括(会话层,表示层,应用层)

分类

1. 按照分布范围
   • 广域网WAN
     • 使用交换技术
   • 城域网MAN
   • 局域网LAN
     • 使用广播技术
   • 个人区域网PAN
2. 按使用者
   • 公用网
   • 专用网
3. 按交换技术
   • 电路交换
     • 建立连接.并一直占用资源,使用后释放连接
   • 报文交换-存储转发
   • 分组交换-存储转发
4. 按拓扑结构
   • 总线
   • 星型
   • 环型
   • 网状
5. 按传输技术
   • 广播式网络
     • 共享公共通信通道
   • 点对点
     • 使用分组存储转发和路由选择机制
     • 常用于广域网

标准化工作及组织

标准的分类

1. 法定标准
   • 权威机构制定的正式的合法的标准
   • OSI
2. 事实标准
   • 某些公司占据主流而形成的标准
   • TCP/IP

RFC:因特网标准的形式

1. 因特网草案
   • 拟出可成立的标准
2. 建议标准
   • 草案称为RFC文档
3. 草案标准
   • 去IETF和IAB审核
4. 成为因特网标准

权威组织

• 国际标准化组织ISO
  • OSI参考模型,HDLC协议
• 国际电信联盟ITU
  • 制定通信规则
• 国际电气电子工程师协会IEEE
  • 学术机构,IEEE802标准,5G
• Internet工程任务组IETF
  • 因特网相关标准的制定

性能指标

电信号在链路上的传播速率为$2\ast 10^{8}m/s$

• 速率
  • 数据率/数据传输率/比特率
  • 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据位数的速率
  • 单位:两个等级之间的换算为$10^3$
    • b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s
    • 区别于存储容量的级别换算为$2^{10}$,$1Byte=8bit$
• 带宽
  • 信号具有的频带宽度,最高频率与最低频率之差
  • 网络的通信线路传送数据的能力,单位时间内从网络中某一点到另一点所通过的"最高数据率"
  • 单位
    • b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s
• 吞吐量
  • 单位时间内通过某个网络(信道,接口)的数据量
  • 单位
    • b/s,kb/s,Mb/s
      吞吐量手网络带宽或额定速率的限制
• 时延
  • 数据从网络的一端到另一端所需时间,也叫延迟或迟延
  • 单位
    • 秒s
  • 发送时延
    • 数据发出时的时延
    • $\frac{数据长度}{信道带宽(发送速率)}$
  • 传播时延
    • 取决于电磁波传播速度和链路长度
    • $\frac{信道长度}{传播速率(2\ast 10^{8}m/s)}$
  • 排队时延
    • 等待输入输出链路可用的时间
  • 处理时延
    • 检错
• 时延带宽积
  • $传播时延\ast 带宽(bit)$
  • “以比特为单位的链路长度”
• 往返时延RTT
  • 发送方发送开始到发送方收到对方确认的时间
  • RTT越大,收到确认之前,可发送数据越多
  • 包括
    • $往返传播时延=传播时延\ast 2$
    • 末端处理时间
• 利用率
  • 信道利用率
    • $\frac{有数据通过的时间}{总(有+无)数据通过时间}$
  • 网络利用率
    • 所有信道利用率的加权平均值
• 时间抖动

体系结构&参考模型

分层结构

基本原则

• 各层之间相互独立,每层只实现一种相对独立的功能
• 每层之间界面自然清晰,相互交流尽可能少
• 结构上可分割,每层采用最适技术
• 保持上层对下层的独立,上层单向使用下层提供的服务

名词

• 实体:第n层的活动元素称为n层实体
  • 同一层的实体叫做对等实体
• 协议:为对等实体数据交换而建立的规则,约定
  • 水平方向
  • 语法:规定传输数据的格式
  • 语义:规定要完成的功能
  • 同步:规定各操作的顺序
• 接口:上层使用下层的入口,访问服务点SAP
• 服务:下层为相邻上层提供的功能调用
  • 垂直方向
• SDU:为完成用户所要功能而传送的数据
• PCI:控制协议操作的信息
• PDU:对等层之间传送的数据单位
  • PDU=PCI+SDU

ISO/OSI参考模型 – 7层

1. 物理层
2. 数据链路层
3. 网络层
4. 传输层
5. 会话层
6. 表示层
7. 应用层

TCP/IP协议 – 4层

1. 物理链路层
2. 网络层
3. 传输层
4. 应用层

总结

综合OSI 和TCP/IP 的优点，采用一种原理体系结构。各层的主要功能：
① 物理层 物理层的任务就是透明地传送比特流。（注意：传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。） 物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
② 数据链路层 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。
③ 网络层 网络层的任务就是要选择合适的路由，使 发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。
④ 运输层 运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
⑤ 应用层 应用层直接为用户的应用进程提供服务。