计算机网络一、什么是计算机网络
目录
计算机网络的概念
计算机网络的功能
计算机网络的组成
计算机网络的分类
标准化工作
速率相关的性能指标
速率
带宽
吞吐量
时延
时延带宽积
往返时延RTT
利用率
分层结构
OSI参考模型
OSI参考模型与TCP/IP参考模型
五层参考模型
计算机网络的概念
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、自治的计算机集合。互连-互联互通。自治-无主从关系
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：一台宕机，有替代机
- 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，有C/S方式，和P2P方式
- 核心部分：为边缘部分服务
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/数据处理
计算机网络的分类
1、按分布范围分：个人局域网PAN,局域网LAN,城域网MAN,广域网WAN
2、按使用者分
- 公用网
- 专用网
3、按交换技术分
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
4、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
标准的分类
- 法定标准:由权威机构指定：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成立标准：TCP/IP
RFC（Request For Comments）-因特网标准的形式
- 因特网草案，这个阶段还不是RFC文档
- 建议标准：这个阶段开始称为RFC文档
- 因特网标准
相关组织
国际标准化组织ISO，国际电信联盟ITU，国际电气电子工程师协会IEEE，Internet工程任务组IETF
速率相关的性能指标
速率
速率即数据率或称数据传输率或比特率
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
速率中都用小写，在存储容量时采用大写KB,MB,GB,TB且换算为1024
带宽
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某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s，网络设备所支持的最高速度
带宽是主机或交换机发送的最高速率，不是在链路中的传播速率，链路中的传播速率由电磁波速率决定
如同开枪，带宽不是射速变快而是同时打出的子弹变多
吞吐量
表示在单位时间内通过某各网络(或信道、接口)的数据量。单位b/s，kb/s，Mb/s等
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制
可以理解成带宽是理想状态不可能达到，而吞吐量是实际状态
时延
指数据(报文/分组/比特流)从网络(或链路)的一段传送到另一端所需的时间，也叫延迟或迟延。单位是s
高速链路：只是提高了信道带宽而缩小了发送时延，而没有改变电磁波在信道上的传播速率
发送时延是主机将数据送到信道上的时间，传播时延是数据以电磁波作为载体在信道上的时间
排队时延：数据需要等待链路可用所耗费的时间，就像是机场检查要排队
处理时延：是为数据找出口，检错，就像是机场检查，排完队对你进行检查的时间
时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
bit s b/s
时延带宽积又称以比特为单位的链路长度，即"某段链路现在有多少比特"
容量
往返时延RTT
从发送方发送数据开始，到发送方受到接收方的确认(接收方受到数据后立即发送确认)总共经历的时延
发送数据指发送出第一个比特，受到确认指接受到第一个比特
RTT越大，在受到确认之前，可以发送的数据越多
RTT包括
- 往返传播时延 = 传播时延*2
- 末端处理时间
不包括发送时延
利用率
利用率
- 信道利用率
- 网络利用率
分层结构
为什么要分层
发送文件前要完成的工作：
- 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活(把路清一下)
- 要告诉网络如何识别目的主机
- 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常ha
- 发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作
- 确保差错和意外可以解决
把大问题分解成小问题，即分层，一层只完成一部分工作
分层基本原则
- 各层之间相互独立，每层只实现一种相互独立的功能
- 每层之间界面自然清晰，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，上层单向使用下层提供的服务
- 整个分层结构应该能促进标准化工作
怎么分层
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
协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议(水平)
- 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
接口：上层使用下层服务的入口
服务：下层为相邻上层提供的功能调用(垂直)
将3、4、5层拿出来看
SDU服务数据单元:为完成用户所要求的功能而应传送的数据
PCI协议控制信息:控制协议操作的信息
PDU协议数据单元:对等层次之间传送的数据单位
概念总结
OSI参考模型
计算机网络分层结构
- 7层OSI参考模型(法定标准)
- 4层TCP/IP参考模型(事实标准)
为了学的更方便，我们学的是5层的体系结构
通信过程
每一层都会对信息进行处理，除了物理层都会为信息增添自己的PCI ，在这其中数据链路层还会增添尾部。
由于协议是水平的，B主机知道每一层如何解释数据
应用层
所有能和用户交互产生网络流量的程序，比如QQ。记事本不是应用层程序
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)
功能一：数据格式变换(翻译官)
功能二：数据加密解密
功能三：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的传输数据
这是会话，也是建立同步(SYN)
功能一：建立、管理、终止会话
功能二：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（适用于传输大文件）
传输层
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位时报文段或用户数据报
功能一：可靠传输、不可靠传输(可靠：一直发到对面确认接收到。不可靠：直接发过去，不管是否接收到)
功能二：差错控制(把错的信息改邪归正)
功能三：流量控制(发送端和接受端速度匹配)
功能四：复用分用
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务
分用：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
可差留用
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
功能一：路由选择(选最佳路径)
功能二：流量控制(协调发送端速度)
功能三：差错控制(差分组的错误)
功能四：拥塞控制(若所有结点都来不及接受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)
数据链路层
把网络层传下来的数据报组装成帧
数据链路层/链路层的传输单位是帧
功能一：成帧(定义帧的开始和结束)....1000100011010...
功能二：差错控制(帧错+位错)
功能三：流量控制
功能四：访问(接入)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
物理层传输单位是比特
透明传输：不管所传数据是什么样的比特组合，都应当在链路上传送
功能一：定义接口特性
功能二：定义传输模式(单工、半双工、双工)
比如：只能有一个人说话、同时只能有一个人说话、同时两个人都能说话
功能三：定义传输速率
功能四：比特同步
功能五：比特编码
OSI参考模型与TCP/IP参考模型
相同点：
- 都分层
- 基于独立的协议栈的概念
- 可以实现异构网络互联
不同点：
- OSI定义三点：服务、协议、接口
- OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
- 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
OSI参考模型 TCP/IP模型 网络层 无连接+面向连接 无连接 传输层 面向连接 无连接+面向连接
面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求，只有在连接成功建立之后才能开始数据传输，这是第二阶段，接着，当数据传输完毕，必须释放连接。而面向无连接没有这么多阶段，它直接进行数据传输
由于两个模型的网络层都有IP协议，而IP协议是无连接，故两种模型都在网络层存在无连接
传输层是为了可靠传输而存在的，所以要先建立连接，故两种模型在传输层都有面向连接
五层参考模型
五层参考模型的数据封装与解封装
第一章总结
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