计算机网络-概述

时间  2021-06-11 标签 计算机网络 网络

计算机网络

1.概述

1.1.1 概念、功能、组成和分类

1.概念：

计算机网络：是一个将分散、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。

计算机网络是互连的、自治的计算机集合。

互连：互联互通

自治：无主从关系

2.功能：

  • 数据通信：连通性
  • 资源共享：硬件 软件 数据
  • 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
  • 提高可靠性
  • 负载均衡

3.组成：

1.组成部分：硬件、软件、协议

2.工作方式：

  • 边缘部分：用户直接使用：C/S方式；P2P方式
  • 核心部分：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/数据处理
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4.分类：

1.按分布范围分：

广域网WAN（交换技术）；城域网；局域网（广播技术）；个人区域网PAN

2.按使用者分：

公共网：中国电信；

专用网：政府；军队

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：

总线型；星型；环形；网状型（常用于广域网）

5.按传输技术分：

广播式网络：共享公共通信信道

点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制

5.脑图：

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1.1.2 标准化工作及相关组织

1.标准化工作：

标准化对计算机网络至关重要，要实现不同厂商的硬、软件之间相互连通，必须遵从统一的标准。

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：由某些公司的产品在竞争中占据主流，时间长了，这些产品的协议和技术就成了标准。如TCP/IP

2.RFC要上升为因特网正式标准的四个阶段：

RFC（Request For Comments）因特网标准的形式

1）因特网草案（Internet Draft）这个阶段还不是RFC文档

2）建议标准（Proposed Standard）从这个阶段开始成为RFC文档

3）草案标准（Draft Standard）[2011年取消]

4）因特网标准（Internet Standard）

3.相关组织：

  • 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系列标准、5G
  • Internet工程任务组IETF

4.脑图：

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1.1.3 速率相关的性能指标

1.速率：

速率即数据率或称数据传输率或比特率

比特 1/0 单位：位

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

单位是：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s,Tb/s
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2.带宽：

（1）”带宽“原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差；

（2）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,Tb/s。

网络设备所支持的最高速度。
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3.吞吐量：

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

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

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1.1.4 时间相关的性能指标

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s。
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发送时延（传输时延）：从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

2.时延带宽积：

1）时延带宽积（bit） = 传播时延（s） x 带宽 (b/s)
​
2）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” 容量
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3.往返时延RTT：

1）从发送方发送数据开始，到发送发收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。

2）RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。

3）RTT包括：往返传播时延 = 传播时延 *2

​ 末端处理时间

4.利用率：

  • 信道利用率：
    有 数 据 通 过 时 间 / （ 有 + 无 ） 数 据 通 过 时 间 有数据通过时间 /（有+无）数据通过时间 有数据通过时间/（有+无）数据通过时间

  • 网络利用率：

​ 信道利用率加权平均值
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1.2.1 分层结构

1.为什么要分层？

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发送文件前要完成的工作:

(1)发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行**。

(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准备工作。

(5)确保差错和意外可以解决。

。。。。

将大问题分解为多个小问题。

2.怎么分层？

举个栗子：

你有一瓶酒，想邮寄给你的你朋友，首先进行软包装再放到木箱子里。朋友收到之后，先拆开木箱子再拆开软包装。这一过程中酒是实体，软包装的装和拆是协议，木箱子为软包装提供接口和服务。
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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。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。

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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4.概念总结：

  • 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
  • 计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。
  • 每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。
  • 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。
  • 第n层在向η+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。
  • 仅仅在相邻层间有接口,且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
  • 体系结构是抽象的,而实现是指能运行的一些软件和硬件。

1.2.2 OSI参考模型

1.计算机网络分层结构

  • 7层OSI参考模型（法定标准）
  • 4层TCP/IP参考模型（事实标准）
  • 5层的体系结构（学习）

2.ISO/OSI参考模型

1）为了解决计算机网络复杂的大问题–>分层结构（按功能）

目的：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）OSI七层
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3）ISO/OSI参考模型解释通信过程

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3.各层功能及主要协议

1）应用层

  • 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）…

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）

  • 功能一：数据格式交换（翻译官）

    功能二：数据加密解密

    功能三：数据压缩和恢复

  • 主要协议：JPEG、SACII

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地传输数据。这是会话，也是建立同步（SYN）

  • 功能一：建立、管理、终止会话

    功能二：使用校验点可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。适用于传输大文件。

  • 主要协议：ADSP、ASP

４）传输层

  • 负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信.传输单位是报文段或用户数据报.

  • 功能一:可靠传输＼不可靠传输

    功能二：差错控制

    功能三：流量控制

    功能四：复用分用

    复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务；

    分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程．

  • 主要协议：TCP，UDP

5）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

  • 功能一:路由选择(最佳路径)

    功能二:流量控制

    功能三:差错控制

    功能四:拥塞控制

    若所有节点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于阻塞状态。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

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/链路层的传输单位是帧。

  • 功能一：成帧（定义帧的开始和结束）

    功能二：差错控制 帧错+位错

    功能三：流量控制

    功能四：访问（接入）控制 ，控制对信道的访问

  • 主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

7）物理层

  • 主要任务是在物理媒介上实现比特流的透明传输。物理层传输单位是比特。

    透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应该能够在链路上传送。

  • 功能一：定义接口特性

    功能二：定义传输模式：单工、半双工、双工

    功能三：定义传输速率

    功能四：比特同步

    功能五：比特编码

  • 主要协议：Rj45、802.3

1.2.3 TCP/IP模型 & 5层参考模型

1. OSI参考模型与TCP/IP参考模型

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2.OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点

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

3.OSI参考模型与TCP/IP参考模型不用点

  • 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/P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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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。只有在连接成功建立之后,才能开始数据传输,这是第二阶段。接着,当数据传输完毕,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。

4. 5层参考模型

结合了OSI和TCP/IP的优点
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5. 5层参考模型的数据封装与解封装

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1.3 总结

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参考资料王道论坛
PDF版本，欢迎关注公众号：刘看山是山。回复关键字：计算机网络；计网
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