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，通过通信设备和线路连接起来的，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。

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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