计算机网络

804计算机网络

概述

概念

计算机网络:是将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备线路连接起来的,由功能完善的软件实现资源共享信息传递的系统。

计算机网络是互连的、自治的计算机集合。

功能

计算机网络的功能

  • 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。

组成

计算机网络的组成

  • 硬件、软件、协议(一系列规则和约定的集合)

  • 工作方式:

1.边缘部分:用户直接使用C/S方式和P2P方式

2.核心部分:为边缘部分提供服务

  • 功能组成:

1.通信子网:实现数据通信

2.资源子网:实现资源共享/数据处理

七层结构

| :------------: | :------------: |

| 应用层 | |

| 表示层 | |

| 会话层 | |

| 传输层 | |

| 网络层 | 路由器 |

| 数据链路层 | 交换机,网桥 |

| 物理层 | 集线器,中继器 |

通信子网(各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成)包括:

网络层、数据链路层、物理层。

资源子网(实现资源共享功能的设备和软件集合):

应用层、表示层、会话层、传输层。

分类

计算机网络的分类

  • 按分布范围分类:广域网WAN(交换技术),城域网MAN,局域网LAN(广播技术),个人局域网PAN。

  • 按使用者来分:

公用网、专用网

  • 交换技术来分:

电路交换、报文交换、分组交换

  • 按拓扑结构来分:

总线型,星型,环形,网状型(常用于广域网)。

  • 按照传输技术来分:

广播式网络(共享公共通信信道),点对点网络(分组存储转发,路由选择机制)。

标准化工作和组织

标准化对计算机网络至关重要的!要实现不同厂商的硬、软件之间相互连通,必须遵循同一标准

标准

法定标准:由权威机构制定的正式的、合法的标准OSI

事实标准:某些公司的产品在竞争占据了主流后时间长了,这些产品的技术和协议就成了标准TCP/IP

RFC及其发展因因特网标准的四个阶段

因特网标准的形式:RFC(request for comments)

  1. 因特网草案 (还不是RFC文档)

  2. 建议标准(称为RFC文档)

  3. 草案标准,拿给IETF、IAB审核

  4. 因特网标准

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工会曾任务组IETF,负责因特网那个相关标准的制定

性能指标

速率

速率就是数据率或数据传输率或比特率

比特1/0位

连接在计算机网络上的主机在数字通信上传送数据位数的速率,单位是

千比每秒,即 kb/s (10^3 b/s)

兆比每秒,即 Mb/s(10^6 b/s)

吉比每秒,即 Gb/s(10^9 b/s)

太比每秒,即 Tb/s(10^12 b/s)

存储速率:

K = 2^10 = 1024

M = 2^20

G = 2^30

T = 2^40。

带宽

“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度,单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语,单位是“比特每秒”,或 b/s (bit/s)。

现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语,单位是“比特每秒”,或 b/s (bit/s)。

常用的带宽单位

吞吐量

吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量

吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量,以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时延(delay 或 latency)

传输时延(发送时延 ) 发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。

发送时延=(数据长度/发送速率)

发送速率也就是信道带宽

传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。

传播时延=(信道长度/电磁波在信道上的传播速率)

排队时延 结点缓存队列中分组排队所经历的时延。

处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间,检错,找出口。

排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量

链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度,通信管道里的所有比特。

时延带宽积(bit) = 传播时延(s)*带宽(b/s)

往返时延RTT和利用率

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

RTT越大,受到之前,就可以发送更多的数据

RTT = 往返传播时延(=传播时延*2)+末端处理时延

利用率分为信道利用率和网络利用率

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。完全空闲的信道的利用率是零。

网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。

时延与网络利用率的关系,当某信道的利用率增大时,该信道引起的时延也就迅速增加。

计算机网络的体系结构

  • 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

  • 在第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

  • 仅仅在相邻层之间有接口,并且提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽

  • 体系结构时抽象的,而实现时指能运行的一些软件和硬件

为什么分层?

计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。

这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题(同步含有时序的意思)。

分层的好处

  • 各层之间是独立的。

  • 灵活性好。

  • 结构上可分割开。

  • 易于实现和维护。

  • 能促进标准化工作。

怎么分层?

分层的基本原则

  1. 各层之间相互独立,每层只实现一个相对独立的功能

  2. 每层之间界面自然清晰,易于理解,相互交流尽可能少

  3. 结构上可分隔开,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够促进标准化工作

1实体

实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

2协议

协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

在协议的控制下,两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。

要实现本层协议,还需要使用下层所提供的服务。

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

上层使用下层服务的入口

4服务

下层为相邻上层提供搞得功能调用

下面的协议对上面的服务用户是透明的。

协议是“水平的”,即协议是控制对等实体之间通信的规则。

服务是“垂直的”,即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

同一系统相邻两层的实体进行交互的地方,称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。

协议必须把所有不利的条件事先都估计到,而不能假定一切都是正常的和非常理想的。

看一个计算机网络协议是否正确,不能光看在正常情况下是否正确,而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。

计算机网络分层的结构

七层OSI参考模型(法定标准)

七层OSI参考模型

应用层:任务是通过应用程序间的交互来完成特定网络应用
表示层:使通信的应用程序能够解释交换的数据的含义,提供数据压缩、数据加密等服务。
会话层:提供了数据交换的定界和同步功能,包括建立检查点和恢复方案的方法。
运输层:负责为两台主机间的进程间通信提供数据传输服务。
网络层:负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
链路层:将网络层的数据封装成帧,使用链路层协议在相邻节点间的链路上传送帧。
物理层:在物理层上所传数据的单位是比特。将帧中一个个比特从一个节点移动到下一个节点。

应用层主要协议有: HTTP、FTP、SMTP、DNS、Telnet等。

传输层主要协议有: TCP、UDP等。

网络层主要协议有: IP、ARP、ICMP、IGMP等

链路层主要协议有: PPP等

四层TCP/IP参考模型(事实标准,用来方便)

应用层
运输层
网络层
链路层

五层的体系结构(七层和四层融合成)

应用层
运输层
网络层
链路层
物理层

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