王道计算机网络计算机网络体系结构整理超详细版

计算机网络的概念

计算机网络是互连的、自治的计算机系统的集合。

互连：互联互通自治：无主从关系

计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

计算机网络的功能

1、数据通信 2、资源共享（硬件、软件、数据） 3、分布式处理 4、提高可靠性（容错性） 5、负载均衡

计算机网络的组成

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 ----- 用户直接使用的主机组成

核心部分（为边缘部分服务）----- 大量网络和连接这些网络的路由器组成

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

资源子网（实现资源共享功能的设备和软件的集合）	应用层
	表示层
	会话层
	传输层
通信子网（各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成）	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

计算机网络的分类

1、按分布范围分：广域网WAN（交换技术）、城域网MAN、局域网LAN（广播技术）、个人区域网PAN

2、按使用者分：

公用网（指电信公司出资建造的大型网络，按规定缴纳费用即可用）

专用网（指某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络）

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、环型、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

标准化工作

法定标准：由权威机构指定的正式的、合法的标准 OSI

事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准 TCP/IP

RFC（Request For Comments） —— 因特网标准的形式

性能指标

速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。

也称数据率或数据传输率或比特率.

单位是b/s（bit/s、bps），kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

速率存储容量 1Byte = 8bit

千 1kb/s = 10^3 b/s 1KB = 2^10B = 1024B = 1024 * 8b

兆 1Mb/s = 10^3 kb/s = 10^6 b/s 1MB = 2^10KB = 1024KB

吉 1Gb/s = 10^3 Mb/s = 10^6 kb/s = 10^9 b/s 1GB = 2^10MB = 1024MB

太 1Tb/s = 10^3Gb/s = 10^6 Mb/s = 10^9 kb/s = 10^12 b/s 1TB = 2^10GB = 1024GB

带宽：在计算机网络中，表示数字信道所能传送的"最高数据传输速率"，单位是比特每秒。

原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。

吞吐量：单位时间内，通过某个网络（或信道、接口）的数据量。实际的数据传输率

吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。

时延：指数据（报文/分组/比特流）从网络（链路）的一端传送到另一端所需要的时间。单位是s。

1、发送时延（传输时延）：结点将分组的所有比特传输到链路上所需的时间。

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。

计算公式为：发送时延 = 分组长度/信道带宽

2、传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间

即一个比特从链路的一段传播到另一端所需的时间。

计算公式为：传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率

3、处理时延：数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间。

例如，分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等

4、排队时延：分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。路由器确定转发端口后，还要在输出队列中排队等待转发，产生排队时延。

时延带宽积：指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少个比特

又称以比特位单位的链路长度，即时延带宽积 = 传播时延 x 信道带宽

往返时延（Round-Trip Time，RTT）：指发送端发送数据开始，到发送端收到来自接受端的确认，总共经历的时延。

RTT包括 2*传播时延 + 末端处理时延

信道利用率：指出某一信道有百分之多少的时间是有数据通过的。

信道利用率 = 有数据通过的时间/（有+无）数据通过实践

分层结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构。

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。

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。【水平】

3、接口（服务访问点 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】

在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两部分：

一是数据部分，即SDU；二是控制信息部分，即PCI，它们共同组成PDU。

服务数据单元（SDU）：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。第n层 ----- n-SDU。
协议控制信息（PCI）：控制协议操作的信息。第n层 ----- n-PCI。
协议数据单元（PDU）：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU。第n层 ----- n-PDU。

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。

OSI参考模型

开放系统互连参考模型，目的是支持异构网络系统的互联互通。

上面四层是端到端，下面三层是点到点。

应用层：所有能和用户交互产生网络流量的程序，是用户与网络的界面。
- 典型的应用层服务：文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP）
表示层：处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）。
- 数据格式变换、数据加密解密、数据压缩和恢复
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）。
- 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。
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。
- 可靠传输、不可靠传输
- 差错控制
- 流量控制
- 复用分用
网络层：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。
- 路由选择
- 流量控制
- 差错控制
- 拥塞控制
数据链路层：把网络层传下来的数据报组装成帧。
- 成帧
- 差错控制（帧错/位错）
- 流量控制
- 访问控制 ----- 控制对信道的访问
物理层：在物理媒体上实现比特流的透明传输。
- 透明传输：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

TCP/IP参考模型

TCP/IP VS OSI

1、OSI定义三点：服务、接口、协议

2、OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议

3、TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次

五层参考模型

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、ICMP、OSPF

数据链路层：把网络层传下来的数据报组装成帧 ----- Ethernet、PPP

物理层：比特传输

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