导图社区 第一章概述
【考研计算机】专业课408计算机网络第一章概述。
编辑于2021-03-16 19:03:05第一章 概述
概念
三网融合:电信网络、有线电视网络、计算机网络
计算机之间通信:主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信
主机:与网络相连的的计算机
路由器:特殊的计算机
作用:实现分组交换
任务:转发分组,即进行分组交换
实体:任何发送或接受信息的硬件或软件进程
对等层:不同机器的同一层
对等实体:对等层中的实体
网络资源:硬件资源、软件资源、数据资源
注意
协议:控制两个对等实体(或多个实体)进行通信的规则的集合
服务:下层为紧邻的上层提供功能的调用
服务原语:请求、指示、响应、证实
协议是水平的:控制对等实体之间通信的规则 服务是垂直的:由下层向上层通过层间接口提供的 本层协议的实现才能保证向上一层提供服务(封装了来自上一层的SDU)
接口:同一结点内相邻两层间交换信息的连接点
服务访问节点SAP(是接口):同一结点相邻两层通过SAP进行交互
计算机网络
概述
简称:网络
定义:由若干结点和连接这些结点的链路组成
作用:把许多计算机通过路由器连接在一起
计网的分类
网络作用范围:广域网WAN(一般是点对点网络)、城域网MAN、局域网LAN(一般是广播式网络)、个人局域网PAN
广域网与局域网的差异:覆盖范围、使用的协议和技术
网络使用者:公用网、专用网
用来把用户接入到互联网的网络:接入网AN(Acsess Network)
传输技术(通信信道):广播式网络、点对点网络
拓扑式结构:总线形、星形、环状、网状型
传输介质:有线、无线
交换技术:电路交换、报文交换、分组交换
计网组成成分的分类
工作方式:核心部分、边缘部分
功能组成
资源子网
组成:实现资源共享的设备及其软件
功能:资源共享
通信子网
组成:通信设备、传输介质、网络协议
功能:数据传输
组成部分:硬件、软件、协议
计网功能
主要功能:数据通信(最基本功能)、资源共享、分布式处理
其余功能:信息综合处理、负载均衡、提高可靠性
使各计算机之间联系更加紧密
计网提供的服务的分类
面向连接服务和无连接服务
可靠服务和不可靠服务
有应答服务和无应答服务
性能指标
速率(比特率、数据率):数据的传送速率
单位:bit/s、bps
带宽:在单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”;表示网络中某信道传送数据的能力
单位:bit/s
吞吐量:单位时间内通过某个网络的实际的数据量
时延:数据从网络的一端到另外一端所需要的时间
总时延 = 处理时延 + 排队时延 + 发送时延 + 传播时延
发送延时:主机/路由器发送数据帧所需要的时间
发送时延 = 数据帧长度(bit) / 发送速率(bit/s)
传播延时:电磁波在信道中传播一定距离需要花费的时间
传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道上传播速率(m/s)
取决通信线路的介质材料
排队延时:分组进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理
分组丢失,排队延时为无穷大∞
取决网络当时的通信量
处理延时:主机/路由器收到分组时需要花费一定时间进行处理
(传播)时延带宽积:发送方在收到一个响应之前能够发送的数据量
时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
以比特为单位的链路长度
往返时间RTT(Round-Trip Time): 从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的确认
发送时间 = 数据长度 / 发送速率
有效数据率:数据长度 / (发送时间 + RTT)
利用率
分类
信道利用率
某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)
信道利用率增大↑时,该信道引起的时延增加↑(类似高速公路车多拥堵)
网络利用率
全网的信道利用率的加权平均值
网络空闲时的时延D_0和利用率U之间的关系
D = D_0 / (1 - U)
网络的利用率达到其用量的1/2时,时延加倍
利用率过高会有非常大的时延
计网体系结构
概述
概念
计算机网络的的各层及其协议的集合
这个计算机网络及其构件所应完成的功能的精确定义
分类
开放式系统互连基本参考模型(OSI/RM,Open Systems Interconnection Reference Model):七层协议
TCP/IP:四层协议
网络协议
概念:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
组成要素
语法:数据与控制信息的结构或格式
语义:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应
同步:事件实现顺序的详细说明
各层协议:在各个对等层之间传递数据时的各项规定
两个网段在某一层互联:本层及本层以下协议必须相同,本层以上协议可以不同; 两个网段在本层协议相同,只能保证本层可以互通,本层以上不能保证
协议控制信息PCI:控制协议操作的信息
分层
目的:①提供标准语言;②定义标准界面;③增加功能之间的独立性
模型
OSI/RM
资源子网:资源共享
应用层
数据单元:报文
服务访问节点SAP(接口):用户界面
作用:通过应用进程间的交互来完成特定网络应用
协议:域名解析服务DNS、文件传送协议FTP、超文本传输协议HTTP、电子邮件协议SMTP
表示层
任务:两个通信系统中交换信息的表示方式
功能:①数据解密与加密;②数据压缩;③格式转换
会话层
任务:允许不同主机上的各个进程之间进行会话
会话(建立同步SYN):为表示层实体或用户进程建立连接并连接上有序地传输数据
功能:①会话管理;②数据同步
承上启下
传输层:端到端
SAP:端口号
任务:向两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务
功能
复用:多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务
使用下层服务
分用:运输层把收到的信息分别交付上面应用层相应进程
传输信息给上层
提供端到端的通信:一个进程由一个端口识别
流量控制、拥塞控制
协议
传输控制协议TCP:提供面向连接、可靠的数据传输服务
数据单元:报文段TCP
没有用户数据报协议UDP
通信子网:数据传输
网络拓扑结构取决于
点到点:不保证数据传输的可靠性
网络层
数据单元:分组、包、IP数据报
SAP:IP地址(网络地址)
任务:①为分组交换网上不同的主机提供通信服务;②选择合适的路由
功能:路由选择、差错控制、流量控制(协调两个结点的速率)、拥塞控制、网际互联
协议
IP:无连接的网际协议;因特网Internet使用
TPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
设备:路由器
数据链路层
数据单元:帧
SAP:MAC地址
两层
逻辑链路层LLC
介质访问控制MAC:控制对共享信道的访问(广播式网络)
任务
将网络层传来的IP数据报组装成帧
在不可靠的物理介质上提供可靠的传输:网络层和传输层拥塞控制的基础
功能
帧、差错控制、流量控制(协调两个结点的速率)、传输管理
链路层以上都有流量控制
提供点到点的通信
点:一个硬件地址/IP地址
协议:SDLC、HDLC、STP、PPP、帧中继
设备:网桥、【交换机:多端口网桥】
物理层
数据单元:比特
SAP:网卡接口
任务:透明地传输比特流
功能:在物理媒体(传输介质)上为数据端设备透明地传输原始比特流
物理层协议(物理层规程):EIA-232C、EIA/TIA RS-A9、CCITT的X.21、?BASE-?、V.35
设备:中继器、【集线器Hub:多端口中继器】
第0层
物理媒体:双绞线、光缆、无线信道
TCP/IP
应用层(用户-用户)
协议:域名解析服务DNS、文件传送协议FTP、超文本传输协议HTTP、电子邮件协议SMTP
传输层(应用-应用/进程-进程)
协议
传输控制协议TCP:提供面向连接、可靠的数据传输服务
数据单元:报文段TCP
用户数据报协议UDP:提供无连接、不可靠的数据传输服务
数据单元:用户数据报UDP
功能:差错控制、流量控制、提供可靠面向连接的服务(或者不可靠无连接服务)
网络层(主机-主机)
协议:IP协议
不保证各分组有序到达
提供:不可靠无连接的服务
网络接口层:相当于OSI的物理层+数据链路层
作用:①表示与物理网络的接口;②接收IP分组,并发送到指定的物理网络上
分类
局域网:以太网、令牌环网、令牌总线网
公共数据网络:电话网、SDH、ATM、X.25、帧中继
两种模型的异同
同:①都有分层的体系结构;②都基于独立的协议栈概念;③解决异构网络的互联
异
传输层
OSI:面向连接通信(TCP)
TCP:支持无连接和和面向连接通信
网络层
OSI:支持无连接和和面向连接通信
TCP:仅支持无连接通信(IP)
数据单元
分类
协议数据单元PDU(Protocol Data Unit):对等层次之间传送的数据单位
组成:控制信息PCI + 数据SDU
OSI各层PDU
物理层:比特
数据链路层:帧
网络层:分组
传输层:报文
服务数据单元SDU(Service Data Unit):层与层之间交换的数据的单位
【n-SDU + n-PCI 】=【 n-PDU】= 【(n-1)-SDU】
n层的SDU为n+1层的PDU
n层的PDU为n-1层的SDU
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
互连网 (internet)
通用名词
概念:多个计算机网络互连而成的计算机网络
网络的网络
互联网(因特网) (Internet)
专有名词
概述:
指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互联网
ISP:互联网服务提供者(Internet Service Provider)
分类(覆盖面积大小以及所拥有IP地址数目的不同):主干ISP、地区ISP、本地ISP
IXP:互联网交换点(Internet eXchange Point)
目的:更快转发分组,更有效利用网络资源
组成:一个或多个交换机
作用:①允许两个网络直接相连并交换分组;②可以不经过上层的ISP
互联网三个发展阶段
1. 从单个网络ARPANET向互连网发展的过程
前身是ARPANET
2. 建成三级结构分互联网:主干网、地区网、校园网
3. 形成多层次ISP结构的互联网
互联网的组成 (按工作方式分类)
边缘部分:所有连接在互联网上的主机组成
作用:为用户进行信息处理
端系统: 边缘部分的主机
端系统间通信方式
客户-服务器方式 (C/S方式)
客户程序(请求方):必须知道服务器程序的的地址
服务器程序(提供方):可同时处理多个原地或本地客户的通信请求
对等方式(P2P方式):不区分服务请求方和服务提供方
核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组成
作用:为边缘部分提供服务(提供连通性,即分组交换)
交换
概念:按照某种方式动态地分配传输线路的资源
分类
电路交换:要建立专用的物理通路
过程
建立连接
通话:整个报文的比特流连续地从原点直达终点
释放连接
特点:在通话时间内,通话双方始终占用端到端的通信资源
缺点:传输效率低
报文交换
报文:需要发送的整块数据
过程
整个报文先传送到相邻结点
全部存储下来后查找转发表
转发到下一个结点
分组交换:使用存储转发技术
分组 = 首部 + 数据段
数据段:在报文中划分出来的
过程
路由器收到一个分组,先暂时存储一下,检查其首部
查找转发表
按照首部中的目的地址,找到合适的接口转发出去,把分组交给下一个路由器
缺点:有时延
如:路由器存储转发时需要排队