导图社区 第一章计算机网络体系结构
这是一个关于第一章计算机网络体系结构的思维导图，计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用
这是一个关于408考研—计算机网络—第一章的思维导图，较好定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
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第一章 计算机网络体系结构
网络、互联网和因特网
网络：由若干结点和连接这些结点的链路构成
互联网internet（小写，通用名词）：多个网络还可以通过路由器互连在一起，这样构成了一个覆盖范围更大的网络
因特网Internet（大写，专用名词）：指目前全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的特定计算机网络，采用TCP/IP协议簇作为通信规则
因特网的组成
边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成（路由器是专用计算机，但不称为主机）。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）
组成部分
硬件、软件、协议
主要功能
数据通信（基本功能），资源共享（目的），分布式处理，提高可靠性，负载均衡
功能组成
通信子网（下三层）
由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，使网络具有数据传输、交换、控制和存储能力，实现联网计算机之间的数据通信
资源子网（上三层）
实现资源共享功能的设备以及软件的集合，向网络用户提供共享其他计算机硬件、软件和数据的服务
三种交换方式（王道第二章）
电路交换
数据传输前，先建立起一条专用的物理通信路径，这一路径在整个数据传输期间一直被独占，知道通信结束才释放（连接建立、数据传输、连接释放）
优点：传输时延小，分组按序到达
缺点：线路利用率低，不具备差错控制能力
报文交换
产生原因：电路交换可以实现计算机间的数据交换，但线路传输效率很低，计算机数据是突发式的出现在传输线路上的
数据交换的单位是报文，报文携带有目的地址、源地址等信息。报文交换在交换结点的时候采用的是存储转发方式
分组交换
采用存储转发方式，限制每次传送数据块大小，大数据块划分为小数据块，加上必要控制信息（源地址、目的地址、编号信息），构成分组。网络结点根据控制信息把分组送到下一结点（保存并排队），直到目的地
数据报：存储转发方式
虚电路：分组发送前，发送方和接收方建立一条逻辑上的虚电路，连接一旦建立就固定了虚电路对应的物理路径
不需要为虚电路预分配带宽
比较
数据报服务
虚电路服务
连接的建立
不需要
必须有
目的地址
每个分组都有完整的目的地址
仅在建立连接阶段使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号
路由选择
每个分组独立地进行路由选择和转发
属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发（只在建立虚电路时进行路由选择）
分组顺序
不保证分组的有序到达
保证分组的有序到达
可靠性
不保证可靠通信，可靠性由用户主机来保证
可靠性由网络保证
对网络故障的适应性
出故障结点丢失分组，其他分组正常传输
所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作
差错处理和流量控制
由用户主机进行流量控制，不保证数据报的可靠性
可由分组交换网负责，也可由用户主机负责
计算机网络的定义（精确定义未统一）
最简单定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合
互连：是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信
自治：是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用
集合：是指至少需要两台计算机
较好定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用
读一遍意思意思算了
计算机网络的分类
按覆盖范围分类（协议不同）
广域网WAN
长距离通信，几十米到几千千米，覆盖国家、地区
因特网的核心部分，其任务是为核心路由器提供远距离高速连接，互连分布在不同区域的城域网和局域网
城域网MAN
覆盖一个城市，五到五十公里
通常作为城市骨干网，互连大量企业、机构和校园局域网
局域网LAN
一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连，范围在一公里左右，通常由某单位拥有、使用和维护
个域网PAN
在个人工作地方把属于个人的电子设备（笔记本、打印机、鼠标、耳机等），用无线技术连接起来的网络，大约覆盖十米
按使用者分类
公用网
电信公司出资建造的网络，交钱能用
专用网
某个部门为特殊业务需要而建造的网络（军队、铁路、电力系统等）
传输技术分类
广播式网络（局域网）
所有联网计算机共享一个公共通信信道
点对点网络（广域网）
每个物理线路连接一对计算机
按拓扑结构分类：拓扑结构主要取决于它的通信子网
总线型网络
星型网络
环形网络
网状型网络
按交换技术分类
电路交换网络
报文交换网络
分组交换网络
按传输介质分类
有线网络
无线网络
计算机网络的性能指标
速率
比特（常用数据量单位）：8bit = 1Byte，KB = 2^10B，MB = 2^20B，GM = 2^30B，TB = 2^40B
速率（常用数据率单位）：bit/s (bps)，kb/s=10^3b/s，Mb/s=10^6b/s，Gb/s=10^9b/s，Tb/s=10^12b/s
时间单位：1s = 10^3ms = 10^6us
带宽
带宽在模拟信号系统中的意义
信号所包括的各种不同频率成分所占据的频率范围（Hz，kHz，MHz，GHz）
带宽在计算机网络中的意义
通信线路所能传送数据的能力，单位时间从网络一点到另一点所能通过的“最高数据率”（b/s，kb/s...）
吞吐量
单位时间内通过某个网络（信道、接口）的数据量，经常被用于对网络的测量，受网络的带宽和额定速率的限制
时延
数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间
发送时延
分组的所有bit推向传输链路所需的时间
发送时延 = 分组长度(b) / 发送速率(b/s)
传播时延
一个bit从链路一端到另一端的时间
传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波传播速率(m/s)
处理时延
数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要处理所需时间
排队时延
分组在进入路由器后，像排队一样等待转发的时间
时延带宽积
发送端连续发送数据且发送的第一个数据即将到达终点时，发送端已发出的比特数
时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
往返时间
RTT，发送数据到接受到接收端的确认，经历的时延
利用率
信道利用率：用来表示某信道有百分之几的时间是被利用的
网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均
信道利用率不是越高越好，超过50%时延急剧增大
丢包率
分组丢失率，一定时间内，传输过程中丢失分组占比（用户透明）
分组传输过程中出现误码
分组到达一台队列已满的分组交换机时被丢弃，通信量较大时可能造成网络拥塞
计算机网络体系结构
常见的计算机网络体系结构
OSI体系结构：理论研究产物，研究出来时候TCP/IP体系结构已经抢占大部分市场
专家缺乏实际经验，无商业驱动力
实现复杂，运行效率低
制定周期太长，按OSI标准生产的设备无法及时进入市场
层次划分不合理
三个主要概念：服务、接口、协议
TCP/IP体系结构：实际使用的体系结构
传输层处理关于可靠性、流量控制和错误矫正等问题
原理体系结构：有利于对计算机网络原理的学习，所以有了我们课本上的五层模型
计算机网络体系结构分层的必要性
复杂系统，分层设计理念（分治思想）
物理层问题
实现两台计算机通过一条网线连接，传输信号
采用怎样的传输媒体
采用怎样的物理接口
使用怎样的信号表示比特0和1
数据链路层问题
链路中多个主机传输数据
如何标识网络中各主机（主机编址问题，利用MAC地址）
如何从信号所表示的一连串比特流中区分出地址和数据
如何协调各主机争用总线（碰撞问题）
此时解决了物理层和数据链路层问题，可以实现分组在一个网络上传输
网络层
因特网由网络和路由器互联起来，实现网络间数据传输
如何标识各网络以及网络中的各主机（网络和主机共同编址的问题，IP地址）
路由器如何转发分组，如何进行路由选择
传输层
一个主机中有不同进程需要通信，即实现进程间通信
如何解决进程之间基于网络的通信问题
若出现传输错误，如何处理
某个分组在传输过程中出现误码，或由于路由器繁忙而丢弃分组
应用层
通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用
OSI参考模型（物联网舒会适用）
物理层
解决使用何种信号来传输比特0和1的问题
定义接口特性、定义传输模式（半工、半双工、全双工）、定义传输速率、比特同步（时钟）、比特编码（规定电压）
传输单位：比特
设备：中继器，集线器 Hub
数据链路层
解决分组在一个网络（或一段链路）上传输的问题
成帧、差错控制（帧错+位错）、流量控制（相邻结点间）、访问/接入控制（控制对信道的访问）
不具有拥塞控制
传输单位：帧
协议：PPP、ALOHA、CSMA
设备：网桥，交换机 Switch
解决分组在多个网络之间传输（路由）的问题
路由选择、流量控制（整个网络）、拥塞控制、差错控制
传输单位：数据报
协议：IP、ARP、NAT、ICMP、IGMP、OSPF
设备：路由器 R
运输层
解决进程之间基于网络的通信问题
端到端传输、流量控制（端到端）、差错控制、分时复用
分用：运输层把信息分别给应用层中相应的进程
复用：多个应用层程序使用运输层服务
传输单位：报文段（TCP）、用户数据报（UDP）
协议：TCP、UDP
会话层
解决进程之间进行会话问题
为表示层建立连接，有序传输数据，管理会话进程；校验点/同步点恢复通信，实现数据同步
表示层
解决通信双方交换信息的表示问题
数据格式变换、数据加密解密、数据压缩和恢复
解决通过应用进程之间的交互来实现特定网络应用的问题
协议：DNS、FTP、SMTP、HTTP、DHCP、RIP、BGP
TCP/IP模型和OSI模型
不同
OSI模型
TCP/IP模型
无连接+面向连接
无连接，不可靠
面向连接
计算机网络体系结构通信过程（访问浏览器页面为例）
应用层按HTTP协议规定，构建一个HTTP请求报文，将HTTP请求报文交付给运输层处理
运输层给HTTP请求报文添加一个TCP首部，成为TCP报文段，将TCP报文段交付给网络层处理
网络层给TCP报文段添加一个IP首部，成为IP数据报，将IP数据报交付给数据链路层处理
数据链路层给IP数据报添加一个首部和一个尾部，成为帧，数据链路层将帧交付给物理层
物理层将帧看作比特流，给比特流前面添加前导码，将比特流变换成相应的信号发送给传输媒体，到达路由器
路由器处理过程
物理层将信号变换为比特流，去掉前导码后交付给数据链路层（交付的是帧）
数据链路层将帧的首部和尾部去掉，交付给网络层（交付的是IP数据报）
网络层解析IP数据报首部，从中提取目的网络地址，查找自身路由表，确定转发端口以便转发
网络层将IP数据报交付给数据链路层，数据链路层给IP数据报添加首部尾部，将帧交付给物理层，物理层加前导码，转换为信号发送到传输媒体，最好到达Web服务器
从物理层开始依次去掉首部，并交付给上层，最后将HTTP请求报文交付给应用层，应用层对HTTP报文解析，然后发回HTTP响应报文
计算机网络体系机构中的专用术语
实体：如何可发送或接收信息的硬件或软件进程（图中各层用标有字母的小方格表示实体）
对等实体：收发双方相同层次中的实体
协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合
语法：定义所交换信息的格式
语义：定义收发双方所要完成的操作（get请求报文、post请求报文）
同步：定义收发双方的时序关系（三次握手）
服务
在协议的控制下，两个对等实体间的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务
要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务
协议是“水平的”，服务是垂直的
实体看得见相邻下层所提供的服务，但并不知道服务实现的具体协议（下层协议对上层实体透明）
服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，即服务原语
服务访问点SAP（逻辑接口）：同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型
数据链路层的服务访问接口：帧的“类型”字段
网络层的服务访问点：IP数据报首部中的“协议字段”
运输层的服务访问点：“端口号”
协议数据单元PDU：对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元（帧、分组、报文）
PDU = PCI + SDU
服务数据单元SDU：同一系统内，层与层之间交换的数据包称为服务数据单元
协议控制信息PCI：控制协议操作的信息
补充：计算时延的理解（一类极其容易考到的题目类型）
湖科大课程点出了为啥课本学的模型既不是OSI模型也不是TCP/IP模型，计算时延例题讲的太好了，通信的整体过程讲的完整且清晰，听完第一章就感觉极有额外去听的价值，特别是P9 1.6.3一共7分钟 第一章其实也是一个总结，信息量很大，但完全可以学完再回过来看 重点考点： 1. 三种交换方式（三种交换的特点比较，数据报服务和虚电路服务的特点区分） 2. 计算机网络性能指标-时延 3. OSI参考模型和TCPIP参考模型 专用术语（对等实体、服务、协议、服务访问点等）
