计算机网络【0】概述

计算机网络概念和功能

概念

是一个将分散的、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。
计算机网络是互连的、自治（无主从关系）的计算机集合。

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

硬件、软件、协议

工作方式：

边缘部分：用户直接使用
- C/S方式：客户端/服务器方式
- P2P方式：对等服务方式
核心部分：为边缘部分服务

功能组成：

通信子网：实现数据通信，物理层（集线器，中继器）+数据链路层（交换机，网桥）+网络层（路由器）
资源子网：实现资源共享/数据处理，会话层+表示层+应用层，实现资源共享功能的设备和软件的集合
传输层是连接通信子网和资源子网的接口

分类

按照范围分：广域网WAN（交换技术）、城域网MAN、局域网WAN（广播技术）、个人区域网PAN
按使用这分：公用网、专用网
按交换技术分：电路交换、报文交换、分组交换
按传输技术分：广播式网络（共享公共通信信道）、点对点网络（分组存储转发和路由选择机制）

标准化工作

性能指标

速率：数据率、数据传输率或比特率。用来衡量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，换算为10310^3103的关系
一字节是八比特，存储容量一般用字节作为度量的标准，
字节的单位是B、KB等换算为2102^{10}210的关系

通信领域的带宽：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，单位是赫兹(Hz)，多用来表示模拟信号。

在计算机网络中，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结点到另一点所能通过的最高数据率。单位是比特每秒。即网络设备所支持的最高速度。

链路带宽指的是发送方的发送数据速率，不是在线路上的传送速率。

吞吐量：表示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
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
可以理解为吞吐量是实际的数据传输率，而链路带宽是最大的吞吐量。

时延：数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间，也叫延迟或迟延，单位是s

高速链路：信道带宽比较大的链路，会降低发送时延，对其他的影响不大。

时延带宽积=传播时延*带宽，单位为比特。时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度，即某段链路最多有多少比特，描述的是一段网络的最大容量。

往返时延（RTT）:从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后理解发送确认），总共经历的时延。

RTT=传播时延*2+末端处理时间
需要注意的是RTT和发送时延没有关系，因为考虑的是刚开始的那个比特。

利用率：

信道利用率：有数据通过的时间/总时间
网络利用率：信道利用率加权求平均值

分层结构

只有对等实体之间才有协议，每两个层次之间会有接口，下面的层次会给上面你的提供服务。

分层的基本原则：

各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
每层之间界限自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
结构上可分割开，每层都采用最合适的技术来实现
保持下层对上层的独立性，上层单项使用下层提供的服务
整个分层机构能够促进标准化工作

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网络的各层及其协议的集合

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

OSI参考模型

物链网传话示用

前五层都会添加一个首部，数据链路层会添加首部和尾部，物理层是傻瓜式的，不添加数据，直接发送。

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

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）

数据格式变化（翻译官）
数据加密解密
数据的压缩和恢复

协议：JPEG ASCALL

会话层

向表示层实体/用户进行建立连接并在连接上有序地传输数据，也叫做建立同步（SYN）

建立、管理、终止会话
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。使用于传输大文件
主要协议:ADSP、ASP

传输层

自下而上第一个进行端到端通信的层次。上面的四层（传话示用）都是端到端的通信，下面三层（物链网）都是点到点通信。传输单位是报文段或用户数据报。

设计到端口号的通信叫做端到端通信

可靠传输、不可靠传输
差错控制：纠正错误
流量控制：速度匹配
复用分用：复用指多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务，分用指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。

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服务。
网络层传输单位是数据报

路由选择：最佳路径
流量控制：协调发送端和接收端的速度问题
差错控制：如果能纠错就纠错，不能纠错就扔掉，保证传输层接收到的数据是没有问题的
拥塞控制：若所有节点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态，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

数据链路层

主要任务是把网络层传下来的数据组装成帧，数据链路层的传输单位是数据帧

成帧，定义帧的开始和结束
差错控制，帧错+位错
流量控制：发送方和接收方的协调
访问/接入控制：控制对信道的访问
主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输，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当能够在链路上传送

定义接口特性
定义传输模式：单工、半双工、双工
定义传输速率
比特同步
比特编码
主要协议：RJ45、802.3

TCP/IP参考模型

TCP/IP参考模型：事实标准

与OSI参考模型的相同点：

都分层
都是基于独立的协议栈
可以实现异构网络互联
不同点：

五层参考模型