计算机网络概述

发展历程

时段	年份	人物	应用
1961-1972 早期分组交换理论提出与应用	1961	Kleinrock	排队论证实分组交换的有效性
	1964	Baran	分组交换应用于军事网络
	1967	ARPA(Advanced Researh Projects)	提出ARPAnet构想
	1969		第一个ARPAnet
	1972	ARPAnet公开演示	第一个主机-主机协议NCP(Network Control Protocol)；第一个e-mail程序；ARPAnet拥有15个结点

时段	年份	人物	应用
1972-1980 网络互联，大量新型，私有网络涌现	1970	夏威夷	ALOHAnet卫星网络
	1974	Ceef和Kahn	提出网络互联体系结构
	1976	Xerox	设计了以太网
	70‘s后期		私有网络体系结构：DECnet,SNA,XNA；固定长度分组交换（ATM先驱）
	1975	ARPAnet	移交给美国国防部通信局管理
	1979	ARPAnet	拥有200结点

时段	年份	应用
1980-1990：新型网络协议与网络激增	1983	TCP/IP部署
	1982	定义了smtp电子邮件协议
	1983	定义DNS
	1985	定义了FTP协议
	1988	TCP拥塞控制
		新型国家级网络：CSnet，BlTnet，NSFnet，Minitel(法国)
	1986	NSFnet初步形成了一个由骨干网，区域网和校园网组成的3级网络
		100,000台主机连接公共网络

时段	年份	应用
1990-2000：商业化，Web，新应用	1990’s早期	ARPAnet退役
	1991	NSF解除NSFnet的商业应用限制(1995年退役)，由私企经营
	1992	因特网协会 ISOC成立
	1990s后期	Web应用

	1990s后期-2000s

时段
2005-

基本概念

计算机网络 = 通信技术 + 计算机技术

计算机网络是 通信技术和 计算机技术紧密结合的产物

通信系统模型:

计算机网络是一种是通信网络,发送数字信息。

演变过程与概念

计算机网络是互联且自治的计算机集合。

自治：无主从关系

互联：互联互通

资源子网：多个计算机，为用户提供服务。

通信子网：通信设备和线路，通信基础设施。

一系列协议：网络协议，保证数据通信。

使用物理链路直接相连

通信链路面临问题：距离远。数量大如何保证互联

使用交换网络互联主机

Internet

具体构成：构成因特网的基本硬件和软件

提供服务：为分布式应用程序提供服务(提供基础设施)

组成细节角度:全球最大的互联网络

ISP(Internet Service Provider)网络互联的网络之网络

名词		作用
计算机设备集合	主机(Host) = 端系统(end system)	运行各种网络应用，进行数据处理
通信链路	光纤，铜缆，无线电	连接不同设备的物理线路
分组交换	路由器(routers)，交换机(switches)	接收，转发分组
ISP	Internet Service Provider因特网服务提供商	一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。
协议（protocol）		控制网络中信息接收和发送的一组软件。每个端系统、路由器和其他因特网部件都要运行。
内联网（Intranet）		专用的内部网络。如公司和政府网络。

服务描述
面向连接的可靠服务：确保从发送方发出的数据最终按顺序完整地交付给接收方。
无连接的不可靠的服务：不能对最终交付作任何保证。 |

服务角度

为网络应用提供通信服务的通信基础设施

Web，Voip，email，网络游戏，电子商务

为网络应用提供应用程序接口(API)

支持应用程序“链接” Internet，发送接收数据
提供类似于邮政系统的数据传输服务

网络协议

控制网络中信息的发送和接收。

定义了通信实体之间发送、接收报文的格式和传输顺序，以及收到报文所采取的动作。
不同的协议完成不同的通信任务。

仅有网络硬件不足以保证网络正常运行，需要设计网络中数据传输规则

硬件(主机，路由器，通信链路等)为计算机网络基础

计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则

通信信息交换过程规则举例

人与人：

如：询问时间，请教问题，人员引荐

实质：发送特定消息，采取特定“动作”

网络通信

通信主体：机器

通信内容：电子化，数字化消息

通信全程中采用协议的特定规则

概念

网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定。

归根到底是一种规则，用于约束通信过程中的各种实体，以达到更快，更准确传输数据的作用。

协议规定了通信实体之间所交换的信息的格式，意义，顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的动作(actions)

协议三要素

所谓网络协议的基本要素就是指网络协议必备（或者必须规定）的基本内容。

语法(Syntax)

数据与控制信息的结构或格式

信号电平
语义(Semantics)

需要发出何种控制信息

完成何种动作以及做出何种响应

差错控制
时序(Timing)

事件顺序

速度匹配

作用

协议规范了网络中所有信息发送和接收过程
学习网络的重要内容之一
网络创新的表现形式之一
Internet协议标准

RFC：Request for Comments

IETF：互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force)

性能

速率

速率即数据率(data rate) 或称数据传输速率或比特率(bit rate)

速率往往是指额定速率或标称速率

单位时间（秒）传输信息（比特）量

计算机网络中最重要的一个性能指标

单位：b/s（或bps）、kb/s、Mb/s、Gb/s

k=10³、M=10⁶、G=10⁹

带宽

bandwidth原本指信号具有的频带宽度，即最高频率和最低频率之差，单位是赫兹(Hz)

计算机网络中带宽通常是数字信道所能传送的最高数据率，单位：b/s(bps)

常用带宽单位：

kb/s （10³ b/s）

Mb/s（10⁶ b/s）

Gb/s（10⁹ b/s）

Tb/s（10¹² b/s）

时延

delay或 latency

分组交换中产生丢包或时延原因：

分组排队，等待输出链路可用(延迟)

分组达到速率超出输出链路容量时(丢包)

4种分组时延

总时延

传播延时是跑的长度需要的时间

传输延时是通过路由器需要的时间

处理时延

处理比特差错，决定输出链路

排队延迟

相关因素：正在排队等待的分组的数量、到达的分组的数量及到达该队列流量的强度和性质。

R：链路带宽(bps)

L：分组长度(bits)

a：平均分组到达速率

流量强度(traffic intensity) = La/R

La/R ~ 0: 平均排队延迟很小

La/R -> 1: 平均排队延迟很大

La/R > 1: 超出服务能力，平均排队延迟无限大！

传输时延

或存储转发时延。将分组的所有比特推（传）向链路所需要的时间。

R：链路带宽(bps)

L：分组长度(bits)

传输时延= L / R

传播时延

一个比特从链路的起点到下一节点（路由器）传播所需要的时间。

以链路的传播速率传播。

传播速率s：信号在线路上单位时间内传送的距离。

时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 X 带宽

分组丢失(丢包)

队列缓存容量有限
分组到达已满队列将被丢弃(即丢包)
丢弃分组可能由前序结点或源重发(也可能不重发)

丢包率 = 丢包数/已发分组总数

吞吐量

Throughput

表示在发送端与接收端之间传送数据速率(b/s)

即时吞吐量：给定时刻速率

平均吞吐量：一段时间的平均速率

端到端的吞吐量取决于Rs或Rc中较小的那个

瓶颈链路(bottleneck link)：端到端路径上，限制端到端吞吐量的链路。

计算机网络结构

基本结构与概念

网络边缘(资源子网)：

主机
网络应用

接入网络，网络介质：

有线或无线通信链路

网络核心(通信子网)：

互联的路由器(或分组转发设备)
网络的网络

物理媒体

引导型媒体

电波沿着固体媒体传播。如双绞线，同轴电缆或光纤等。

物理媒体的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响

双绞线

最便宜、最普遍。如电话线。

组成：两根绝缘的铜线螺旋形式扭合在一起。减少对邻近双绞线的电气干扰。

1000BASE-T T表示双绞线 BASE表示基带

特点：

可以传输模拟信号和数字信号。

速率与铜线的直径和距离有关：

STP屏蔽双绞线。抗电磁干扰能力强，贵，安装复杂。

UTP非屏蔽双绞线。分为若干类，常用于LAN。

同轴电缆

主要用于有线电视网和局域网。

结构：套在一起的两个同心铜导体。

内导体传递数据。

外导体用作地线及屏蔽干扰。

特点：抗干扰能力强；数据率高

类型

基带同轴电缆

50欧姆电缆

细、约1cm、轻、易折。常用于LAN，通过T型连接器连接电缆。

基带传输：比特流（数字信号）直接向电缆发送，无需调制到不同的频段。

导引式共享媒体：连接许多端系统，所有端系统都能接收其他端系统发送的数据。

宽带同轴电缆

75欧姆电缆

较粗、重、更硬。常用于电缆电视系统，可以与电缆调制解调器结合使用，组成宽带住宅接入形式。

宽带传输：将数字信号调制成特定频段的模拟信号传送。

系统构成：树形

基带：信源发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号所固有的频带（频率带宽），称为基本频带，简称基带。

光纤

一种很细、传光脉冲的媒体，每个脉冲表示一个比特（1或0）。

双层结构：由纤芯和包层构成通信圆柱体。纤芯用来传导光波。

多模光纤：

一条光纤可传输多条不同角度入射的光线。

单模光纤：

直径很小，使光线一直向前传播而没有折射。 光源采用半导体激光器，较贵，传输距离远，衰耗较小，可高速率传数十公里。

光缆：

多个光纤集中在一起。

特点：

速率高、抗电磁干扰好、误码率低、距离传输远
用于长途电话网络，因特网的主干。
成本高、安装复杂、不适于短途传输（如LAN）

非引导型媒体

电波在空气或外层空间中传播。如无线电等。

卫星无线电信道

通过一颗通信卫星连接两个或多个位于地球的微波发射方/接收方（地球站）。

微波：频率很高（2～40GHz），在空间是直线传播。

同步卫星 (geostatinary satellite)：

永久地停留在地球上方的某个固定点上（地球表面上方36000km的轨道）。

从地面站到卫星再回到地面站的传播时延为250ms，速率达数百Mb/s，常用于电话网和因特网主干。

低纬度卫星(low-altitute satellite)：

s较靠近地球，绕地球旋转。

对一个区域的连续覆盖，需要在轨道上放置许多卫星。

网络边缘

主机(端系统)：

位于网络边缘
运行网络应用程序（Web，email等）

普通用户通过各种网络应用实现网络资源的共享，通常这些网络资源位于网络边缘，即各个主机端

客户/服务机(client/sever)应用模型：

分布式应用程序：客户机和服务器程序在端系统上分别运行。
客户发送请求，接收服务器响应
如：Web应用，文件传输FTP应用

对等共享模型(P2P,peer-peer)

无(或不仅依赖)专用服务器
特点：端系统中运行的对等应用程序同时起客户机和服务器程序的双重作用。
向另一个对等机请求文件时，起客户机作用；
向另一个对等机发送文件时，起服务器作用。
BT,QQ,Skype，Gnutella

无连接和面向连接服务

端系统之间通过使用因特网提供的服务传输报文，进行通信。

面向连接服务

两个端系统之间交换数据时，要先通过“握手过程”建立连接，然后才发送实际数据。

握手过程：
互相发送“控制”分组，使双方做好接收后面数据分组的准备，即在两个端系统之间创建连接。

特点：

可靠的数据传送

应用程序通过该连接可以无差错、按序地传递所有数据。

确认：当接收端收到发送端发送的分组时，要回发一个*“确认”*，使发送端知道相应的分组已被接收。

重传：如果发送端系统没有收到任何*“确认”*，认为发送的分组没有被接收方收到，重传该分组。
流量控制(flow control)

确保任何一方都不会过快地发送过量的分组而造成分组丢失。

*控制发送速率：*当接收方来不及接收时，发送端降低发送速率。
拥塞控制(congestion control)

防止因特网进入迟滞状态。

主要问题：
路由器拥塞。其缓存出现溢出和分组丢失，若通信双方仍继续以快的速率向网络传送分组，迟滞就会持续，几乎不会有分组能传递到其目的地。
解决方法：
当网络拥塞时，降低向网络发送分组的速率。

应用：TCP传输控制协议

面向连接服务：提供的服务可同时包括3种特性

使用TCP的应用程序：

如Telnet（远程注册）、SMTP（电子邮件）、FTP（文件传输）和HTTP（Web）等。

无连接服务

两个端系统之间交换数据时，不需要“握手过程”，可直接发送分组，数据传递更快。

特点

不可靠
无流量控制或拥塞控制
用户数据报协议UDP：因特网的无连接服务。

应用程序：如因特网电话、视频会议等。

接入网络

将网络边缘接入核心网方式

住宅(家庭)接入网络
机构接入网络(学校，企业等)
移动接入网络

用户关心方面：

带宽(Bandwidth,bps)
共享/独占

家庭网络接入

拨号调制解调器

将家庭端系统通过普通模拟电话线用拨号调制解调器与住宅ISP相连。

调制解调器MODEM功能：

调制：将数字信号转换成模拟信号。

解调：将模拟信号转换成数字信号。

模拟信号：连续

数字信号：离散

模拟信号和数字信号转换

将数字信号转换成模拟信号 —— 调制

对载波波形进行调制，如调频、调幅、调相。

将模拟信号转换成数字信号 —— 解调

通过脉冲编码调制PCM （Pulse Code Modulation）方法。

通过MODEM调制解调器完成。

如调频、调幅、调相。

脉冲编码调制PCM原理

采样：每隔固定时间取一个数值样本。
量化：将样本按量化精度取整。
编码：用二进制编码表示样本的量化级。
如用4位二进制编码。

点对点接入

通过点对点拨号电话线连接一对调制解调器。

端系统方发送：MODEM将PC输出的数字信号转换为模拟形式，在模拟电话线（双绞线）上传输

ISP方接收：MODEM再将模拟信号转换回数字形式，作为ISP路由器输入。

缺点：

上网速度慢，通信不稳定：

双绞线通信质量低，用户有效速率低于56kbps。
不能同时上网和拨打普通电话：
不能“总是在线”。目前很少用。

数字用户线路(DSL)

有多种形式： xDSL系列
如ADSL（不对称）、SDSL （对称）、HDSL （高速）、 VDSL （非常高速）等等。
住宅常用的是ADSL不对称数字用户线(Asymmetrical Digital Subscriber Line) 。

ADSL 非对称数字用户线路

采用频分多路复用技术

利用已有的电话线连接中心局的DSLAM

数据通信通过DSL电话线接入Internet

语音(电话)通过DSL电话线接入电话网
< 2.5Mbps 上行传输速率(典型速率 < 1Mbps)
< 24 Mbps 下行传输速率(典型数量 <10Mbps)
FDM：>50kHz - 1MHz 用于下行

4kHz - 50KHz 用与上行

0kHz - 4KHz 用于传统电话

电缆网络

有线电视网络

频分多用复用：在不同频带(载波)上传输不同频道

HFC：混合光纤同轴电缆(Hybrid fiber coax)

非对称：下行高达30Mbps传输速率，上行为2Mbps传输速率

各家庭（设备）通过电缆网络—>光纤接入ISP路由器

各家庭共享家庭至电缆头端的接入网络
不同于DSL的独占至中心网络的接入

机构(企业)接入网络

主要用于公司，高校，企业等机构组织
典型传输速率：10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps
目前，端系统通常直接连接以太网交换机(Switch)

无线接入网络

通过共享无限接入完了连接端系统与路由器

通过基站(base station)或称为接入点(access piont)

网络核心

互联的路由器网络

网络核心的关键功能：路由+转发

路由(routing)：确定分组从源到目的的传输路径

转发(forwarding)：将分组从路由器的输入输出端口交换至正确的输出端口

网络核心通过 数据交换实现将数据从源主机通过网络核心送达目的主机的过程

分组交换网络

在源和目的主机之间通过一系列分组交换机转发分组。

按类型

虚电路网络：面向连接

数据报网络：无连接

建立路由和管理选路方面存在不同

比较

虚电路网络：交换机根据虚电路号ID转发分组。

源和目的主机之间先建立虚连接（虚电路）
每个虚电路指定一个标识符 ID；
分组带有 ID，决定下一跳（转发路径）

如，X.25、帧中继FR和异步传递方式ATM

数据报网络：交换机根据目的地址转发分组。

不需建立连接
每个分组带有目的地址，决定下一跳（转发路径）

如，因特网。

按工作方式

按网络拓扑结构

拓扑结构：网络的物理连接方式

总线

所有结点都连接到一条公共传输线（总线）上，并通过该总线传输信息(双向)。

优点：结构简单、连网方便、易于扩充、成本低。用于局域网。
缺点：传输距离有限，实时性较差。

树型

由总线结构派生而成，形成一个树状结构。

优点：易于扩展。

缺点：对“根”的依赖性大。

星型

以中央节点为中心，连接若干外围节点。如集线器或交换机。

优点：结构简单、连网方便、成本低。用于局域网。
缺点：可靠性差。

环型

结点连接成一个闭合的环。信息单向传输，即按一定方向一个结点接一个结点沿环路传输。

优点：结构简单、路径选择方便。用于局域网。
缺点：可靠性差、管理复杂
网状/分布式

每个结点都至少有两条线路和其他结点相连。

优点：可靠性高。用于广域网。
缺点：网络控制和软件比较复杂。

按地理覆盖范围

局域网（Local Area Network，LAN）

局部地区范围内的网络，覆盖范围较小。

几米～10km。一幢楼房或一个单位。
范围小、用户数少、配置容易、速率高，可达10Gb/s（bit/second，bps）以上。
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）

同一个城市，不同地理范围的网络。

覆盖范围在广域网和局域网之间。10～100km。
LAN的延伸，一个MAN连接多个LAN。
使用光纤。传送速率比LAN高。
广域网（Wide Area Network，WAN）

也称为远程网。覆盖范围广。不同城市之间网络互连。

范围通常为几百～几千公里。
网状结构，速率低。

使用范围

公用网（Public Network）：

面向大众，交费就可使用。

专用网(Private Network)：

只为本单位内使用。

Internet结构

网络之网络

基本概念

端系统通过接入ISP(access ISPs)连接到Internet
- 家庭，公司和大学ISPs
接入ISP必须进一步互连
- 这样任意两个主机间才可以互相发送分组
构成复杂的网络互联的网络
- 经济和国家政策是网络演进的主要驱动力
当前Internet结构难以描述

接入ISP网络的方式

直接互联

(不适用于大规模网络)
将每个接入ISP连接到一个国家或全球ISP

(不合适)
使用对等链路或互联网交换结点
- IXP属于公共第三方
网络内容提供商网络(context provider networks，如：Google，Mircrosoft等)可能运行其自己的网络，并就近为端用户提供服务，内容。

Internet结构层次

网络中心：少数互联的大型网络
- 一级(tier-1)商业ISPs(如：网通，电信，Sprint，AT&T),提供国家或国际范围的覆盖
- 内容提供商网络(content proider network ,如：Google)：私有网络，连接其数据中心与Internet，通常绕过一级ISP和区域ISPs

数据交换

完成将数据通过网络核心从源主机到目的主机过程

交换

交换方式

交换功能

动态转接

在多设备间可并行

动态分配传输资源

电路交换

过程+特征

最典型电路交换网络：电话网络

预留端到端资源：端系统之间通信路径上所需要的资源 (缓存，链路带宽)。建立连接。

发送方以恒定速率向接收方传送数据。

电路交换网络的3个阶段：

建立连接(呼叫/电路建立)
通信
释放连接(拆除电路)

在两台主机A、B之间创建一条专用的端到端连接，分别占用每条链路中的一条电路；

该连接获得链路带宽的1/n，进行通信。

独占资源(最显著特征)

缺陷：

效率较低：静默期(无数据传输)专用电路空闲，网络资源被浪费；
创建端到端电路以及预留端到端带宽的过程复杂。

电路交换网络中，每条电路独占其经过的物理链路。错误

首先电路交换过程中，必然线路独占，然后考虑释放后，该物理线路可能被其他电路经过故本题不对。

通过 **多路复用(Multiplexing)**实现电路交换网络中的链路共享

多路复用

多路复用(multiplexing),简称复用，是通信技术中的基本概念

多路复用原理与典型方法

链路/网络资源(如带宽)划分为“资源片”

将资源片分配给各路“呼叫”(calls)

每路呼叫独占分配到的资源片进行通信

资源片可能“闲置”(idle,无共享)

频分多路复用(frequency division multiplexing-FDM)
时分多路复用(time division multiplexing-TDM)
波分多路复用(Wavelength division multiplexing-WDM)
码分多路复用（Code division multiplexing- CDM）

FDM

每个用户占用不同的带宽资源(此处带宽为频率带宽(单位：Hz)而非数据发送的速率)

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带

TDM

时分复用则是将时间划为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)，每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙。

每用户所占用的时隙是周期性出现(其周期就是TMD帧的长度)

时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度

WDM

波分复用就是光的频分复用

CDM

广泛用于无线链路共享(如蜂窝网，卫星通信等)

每个用户分配一个唯一的m bit码片序列(chipping sequence);

其中“0"用“-1”表示，“1“用”+1"表示，例如：

S站的码片序列：(-1-1-1+1+1-1+1+1)
各用户使用相同频率载波，利用各自码片序列编码数据
编码信号 = (原始信号)X(码片序列)

如发送+1，则发送自己的m bit码片序列

如发送-1，则发送该码片序列的m bit码片序列的反码

各用户的码片序列正交(orthogonal)

报文交换

message switching

将要发送的整个信息作为一个报文发送。

报文：源(应用)发送信息整体

电报发信方式

分组交换

分组：报文拆出来的一系列相对较小的数据包

分组交换需要报文的拆分与重组

产生额外开销

工作过程

源端将报文划分为较小的数据块（分组packet）；
每个分组通过一系列链路和分组交换机传送，直到目的端
目的端恢复原报文。

特点

分组以链路的最大传输速率传输。

传输过程中采用存储转发传输机制。

统计多路复用

Statistical Multiplexing，按需共享电路，分组序列不确定

存储-转发方式

将受到的报文存储在路由器中，查找路由表并转发到需要的目的。

三种交换比较

电路交换与分组交换

工作过程

	电路交换	分组交换
呼叫建立	需要	不需要
专用物理路径	是	不是
每个分组同样路由	是	不是
分组按顺序到达	是	不是
可能浪费带宽	是	不是
存储转发	不是	是

交换性能

电路交换：效率不高。预先分配传输链路，空闲时，浪费链路时间。

分组交换：
- 利用率高：按需分配链路。
- 带宽共享好，简单，有效，成本更低。
- 不适合实时服务：端到端时延不确定。
发展趋势：广泛使用分组交换，电路交换话网向分组交换转变。

分组交换与报文交换比较

时延

发送主机：

接收应用报文(消息)
拆分为较小长度为L bits 的分组(packets)
在传输速率为R的链路上传输分组

报文交换VS分组交换

分组交换比报文交换优势：

传送时间快

对路由器缓存大小要求小

报文交换

分组交换

分组交换的报文交付时间

报文：M bits

链路带宽(数据传输率)：R bps

分组长度(大小)：L bits

跳步数：h

路由器数：n

T = M/R + (h-1)L/R = M/R +nL/R

例题

1000个分组每个 980B

总共数据量 = (1000*20+980 000)X8/100Mbps 报文头+数据部分

最后一个分组转发时间 = 2跳X1000个分组传送的时间 = 2X1000X8/100Mbps

(1000*20+980 000)X8/100Mbps + 2X1000X8/100Mbps = 80.16ms

记得对应单位 Byte转换为bit

计算机网络体系结构

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构

计算机体系结构简称网络体系结构

(network architecture) 是分层结构

每层遵循某个/些 网络协议完成本层功能
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
体系结构是一个计算机网络的功能层次及其关系的定义
体系结构是抽象的

采用分层结构原因：

结构清晰，有利于识别复杂系统的部件及其关系
分层的参考模型(reference model)
模块化的分层有利于系统更新，维护

任何一层服务实现的改变对于系统其它层都是透明的

即任何一层改变对其他层毫无影响，参考封装
有利于标准化

基本概念

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-pF5FHoJW-1609644618890)(D:\StudyData\Notes[其他]计算机通用知识\CNpics\image-20210101210312931.png)]

实体(entity)：表示任何可发送或接受信息的硬件或软件进程
协议是控制两个对等实体对象进行通信的规则的集合，协议是水平的。
任一层实体需要使用下层服务，遵循本层协议，实现本层功能，向上层提供服务，服务是垂直的
下层协议的实现对上层的服务用户是透明的。
同系统的相邻实体间通过接口进行交互，通过服务访问点SAP（Service Access Point）,交换原语，指定请求的特定服务。

OSI参考模型

开放系统互联(OSI)参考模型是由国际标准化组织(ISO)与1984年提出的分层网络体系结构模型

目的：支持异构网络系统的互联互通

称为异构网络系统的国际标准

理论ok，未使用

OSI模型通信过程

应用层，表示层，会话层，传输层直接对应到另一端的主机上，称其为端-端层

7层体系结构，顺口溜：物联网输会表应

OSI每层数据封装与通信过程

层次	数据格式	加信息位置	主要问题	主要功能
应用层	报文	加尾	针对特定应用选择各层协议，进行统一封装	针对特定应用规定各层协议、时序、表示等，进行封装。在端系统中用软件来实现，如HTTP等
表示层	报文	加尾	压缩、加密等表示问题	规定数据的格式化表示，数据格式的转换等
会话层	报文	加尾	通信时序问题（什么时候连接、传输和关闭等会话时序问题）	规定通信时序；数据交换的定界、同步，建立检查点等
传输层	报文段	加尾	应用程序-应用程序（源端口-目的端口，即运输起点和终点）；流量控制（运输快慢）、可靠（包括无差错和按序，其中无差错主要指包丢失等链路层未解决的情况，即运输可靠性）	所有传输遗留问题；复用；流量；可靠
网络层	包/分组	加尾	路由、拥塞控制等网络问题	路由（ IP寻址）；拥塞控制
数据链接层	帧	加头加尾	相邻节点（链路）无差错	检错与纠错（CRC码）；多路访问；寻址
物理层	bit流		物理上可达	定义机械特性；电气特性；功能特性；规程特性

注：拥塞控制是全局问题，流量控制只是端到端控制，流量控制可认为是拥塞控制的一种方法，因为拥塞主要是由于某些线路数据包太多所致，可通过流量控制（端系统发送速率控制）或中间路由器控制（拥塞线路费用高）等来解决。

对数据进行封装

方式

构造协议数据单元(PDU)
数据封装主要内容：
- 地址(Access)：标识发送端/接收端
- 差错检测编码(Error-detecting code)：用于差错检测或纠正
- 协议控制(Protocol control)：实现协议功能的附加信息，如优先级(priority)，服务质量(QoS)，安全控制等。

各层功能

物理层

实现每个bit传输

接口特性：

机械特性，电气特性，功能特性，规程特性
比特编码
数据率
比特同步

时钟同步
传输模式

单工(Simplex)

半双工(half-duplex)

全双工(full-duplex)

数据链路层

负责结点-结点(node-to-node) 数据传输
组帧(Framing)
物理寻址(Physical addressing)

在帧头增加发送端和/或接受端的物理地址标识数据帧的发送端和/或接收端
流量控制(Flow control)

避免淹没接收端
差错检测(Error control)

检测并重传或丢失帧，并避免重复帧
访问控制(Access control)

在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用权

网络层

负责源主机到目的主机数据分组(packet)交付

可能穿越多个网络
逻辑寻址(Logical addressing)

全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机，如IP地址
路由(Routing)

路由器(或网关)互联网络，并路由器分组至最终目的主机

路径选择
分组转发

传输层

负责源-目的(端到端)，(进程间)完整报文传输

分段与重组
SAP寻址

确保将完整报文提交给正确进程，如端口号

连接控制

建立，维护，拆除
流量控制
差错控制

会话层

对话控制(dialog controlling)

建立，维护
同步(synchronization)

在数据流中插入"同步点"
最薄的一层

表示层

处理两个系统间交换信息的语法与语义问题

数据表示转换

转换为主句独立的编码
加密/解密
压缩/解压缩

应用层

支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网络(服务)
典型应用层服务

文件传输(FTP)

Web(HTTP)

电子邮件(SMTP)

TCP-IP参考模型

5层参考模型

综合OSI和TCP/IP的优点

应用层：支持各种网络应用

FTP,SMTP,HTTP
传输层：进程-进程的数据传输

TCP,UDP
网络层：源主机到目的主机的数据分组路由与转发

IP协议，路由协议等
链路层：相邻网络元素(主机，交换机，路由器等)的数据传输

以太网(Ethenet)，802.11(WiFi)，ppp
物理层：比特传输

数据封装

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