计算机网络第一章

计算机网络第一章，导图内容有概念和功能、组成和分类、性能指标、分层结构、参考模型等板块，希望对你有所帮助！

概述

• 概念
  • 广义：能实现远程信息处理的系统或能进一步达到资源共享的系统
    • 物理结构上具有计算机网络的雏形，但资源共享能力弱，是计算机网络发展的低级阶段。
  • 资源共享观点：以能够相互共享资源的方式互联起来的资质计算机系统的集合
    • 该定义符合目前计算机网络的基本特征
    • 目的——资源共享
    • 组成单元——分布在不同地理位置的多台独立的“自治计算机”
    • 网络中的计算机必须遵循的统一规则——网络协议
  • 用户透明性观点：存在一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，它能够调用用户所需要的资源，而整个网络就像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。
    • 这是网络未来发展追求的目标
• 组成
  • 从组成部分上看
    • 硬件：主机（也称端系统）、通信链路（如双绞线、光纤）、交换设备（如路由器、交换机等）和通信处理机（如网卡）
    • 软件：各种实现资源共享的软件和方便用户使用的各种工具软件（如网络操作系统、邮件收发系统、FTP程序、聊天程序等）
      • 多属于应用层。
    • 协议：计算机网络的核心，协议规定了网络传输数据时所遵循的规范。
  • 从工作方式上看*
    • 边缘部分
      • 组成：由所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机组成。
      • 功能：进行通信（如传输数据、音频或视频）和资源共享
    • 核心部分
      • 组成：由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。
      • 功能：为边缘部分提供连通性和交换服务。
  • 从功能组成上看*
    • 通信子网
      • 组成：由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成。
      • 功能：使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力，实现联网计算机之间的数据通信。
    • 资源子网
      • 组成：是实现资源共享功能的设备及其软件的集合。
      • 功能：向网络用户提供共享其他计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。
• 功能
  • 数据通信
  • 资源共享
  • 分布式处理
    • 可靠性
    • 负载均衡
• 分类
  • 按分布范围分类
  • 按传输技术分类
    • 广播式
      • 共享公共通信信道
    • 点对点
      • 分组存储转发和路由机制
  • 按拓扑结构分类
  • 按使用者分类
  • 按交换技术分类
  • 按传输介质分类
• TCP/IP模型*
• ISO/OSI参考模型*
• 分层结构*
  • 为什么分层？
  • 怎么分层？
    • 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。
    • 实体
      • 实体指任何一个可发送或接受信息的硬件或软件进程。
      • 第n层中的活动元素通常称为第n层实体。同一层的实体称为对等实体。
    • 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
      • 组成
        • 语法
          • 规定传输数据的格式
        • 语义
          • 规定所要完成的功能
        • 同步
          • 规定各种操作的条件、时序关系的等。
    • 接口（访问SAP服务点）
      • 上层使用下层服务的入口
    • 服务
      • 指下层为紧邻的上层提供的功能调用。
      • 垂直
    • 在各个层次中，每个报文都分为两部分
      • 数据部分：SDU
      • 控制信息部分：PCI
      • PCI + SDU = PDU
• 性能指标
  • 速率
    • 指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据传输速率、数据率、比特率。
    • 单位：b/s
    • 最高数据传输速率被称为带宽。
  • 带宽
    • 表示网络的通信线路所能传送数据的能力； 也可以说是网络设备所支持的最高速度。
    • 单位：b/s
  • 吞吐量
    • 指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
    • 单位：b/s
    • 吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。
  • 利用率
    • 信道利用率*
      • 信道利用率 = 有数据通过时间 /（有+无）数据通过时间
    • 网络利用率
      • 网络利用率 = 信道利用率加权平均值
  • 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（接收方收到数据后立即发送确认）， 总共经历的时延。
      • RTT包括
        • 往返传播时延 = 传播时延 * 2
        • 末端处理时间
    • RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
    • 单位：s
  • 时延带宽积
    • 时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度， 即“某段链路现在有多少比特”
    • 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
    • 单位：bit
  • 时延
    • 指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。
    • 单位：s
    • 总时延
      • 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
    • 发送时延（传输时延）
      • 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
      • 发送时延 = 分组长度/信道宽度（信道带宽、发送速率）
    • 传播时延
      • 一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间。
      • 取决于电磁波传播速度和链路长度
      • 传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
    • 处理时延
      • 数据在交换节点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间。
    • 排队时延
      • 等待输出/入所花费的时间

概念&功能

• 概念
  • 计算机系统
  • 通信设备和线路
  • 软件
  • 资源共享和信息传递
  • 简而言之，计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。
    • 互联 - 通过通信链路互联互通 自治 - 无主从关系
• 功能
  • 数据通信
  • 资源共享
  • 分布式处理
    • 可靠性
    • 负载均衡
• 因特网发展阶段
  • APARnet -> internet -> Internet
    • 网络把许多计算机连接在一起； 互联网把许多网络连接在一起； 因特网是最大的互联网。
  • 三级结构的因特网
  • 多层次ISP结构的因特网

组成&分类

• 组成
  • 组成部分
    • 硬件、软件、协议
  • 工作方式*
    • 边缘部分：用户直接使用
      • C/S
      • P2P
    • 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
    • 资源子网：实现资源共享/数据处理
• 分类
  • 分布范围
    • 广域网、城域网、局域网、个人区域网
      • 广域网使用交换技术； 局域网使用广播技术。
  • 使用者
    • 公用网、专用网
  • 交换技术
    • Data的交换方式
    • 电路交换、报文交换、分组交换
  • 拓扑技术
    • 总线形、星形、环形、网状
      • 总线形多用于局域网； 网状多用于广域网。
  • 传输技术
    • 广播式、点对点

性能指标

• 速率
  • 指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据传输速率、数据率、比特率。
  • 单位：b/s
  • 最高数据传输速率被称为带宽。
• 带宽
  • 表示网络的通信线路所能传送数据的能力； 也可以说是网络设备所支持的最高速度。
  • 单位：b/s
• 吞吐量
  • 指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
  • 单位：b/s
  • 吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。
• 利用率
  • 信道利用率*
    • 信道利用率 = 有数据通过时间 /（有+无）数据通过时间
  • 网络利用率
    • 网络利用率 = 信道利用率加权平均值
• 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（接收方收到数据后立即发送确认）， 总共经历的时延。
    • RTT包括
      • 往返传播时延 = 传播时延 * 2
      • 末端处理时间
  • RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
  • 单位：s
• 时延带宽积
  • 时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度， 即“某段链路现在有多少比特”
  • 时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
  • 单位：bit
• 时延
  • 指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。
  • 单位：s
  • 总时延
    • 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
  • 发送时延（传输时延）
    • 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
    • 发送时延 = 分组长度/信道宽度（信道带宽、发送速率）
  • 传播时延
    • 一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间。
    • 取决于电磁波传播速度和链路长度
    • 传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
  • 处理时延
    • 数据在交换节点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间。
  • 排队时延
    • 等待输出/入所花费的时间

分层结构

• 为什么分层？
• 怎么分层？
  • 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。
  • 实体
    • 实体指任何一个可发送或接受信息的硬件或软件进程。
    • 第n层中的活动元素通常称为第n层实体。同一层的实体称为对等实体。
  • 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
    • 组成
      • 语法
        • 规定传输数据的格式
      • 语义
        • 规定所要完成的功能
      • 同步
        • 规定各种操作的条件、时序关系的等。
  • 接口（访问SAP服务点）
    • 上层使用下层服务的入口
  • 服务
    • 指下层为紧邻的上层提供的功能调用。
    • 垂直
  • 在各个层次中，每个报文都分为两部分
    • 数据部分：SDU
    • 控制信息部分：PCI
    • PCI + SDU = PDU
• 概念总结
  • 网络体系结构是从功能上描述计算机结构
  • 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机网络的各层及其协议的集合
  • 仅在相邻层之间有接口，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

参考模型

• OSI参考模型（法定标准）
  • 提出该参考模型的目的？
    • 支持异构网络系统的互联互通
  • 通信过程
  • 参考模型
    • 应用层
      • 所有能和用户交互产生网络流量的程序
      • 典型协议
        • 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汇总交换信息的表示方式
      • 功能
        • 数据格式变换
        • 数据加密解密
        • 数据压缩和恢复
      • 主要协议
        • JPEG、ASCII
    • 会话层
      • 向表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这是会话，也称建立同步（SYN）
      • 功能
        • 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继续恢复通信，实现数据同步。
      • 主要协议
        • ADSP、ASP
    • 资源子网
    • 传输层
      • 传输单位：报文段（TCP）或用户数据段（UDP）
      • 负责主机中两个进程之间的通信，即端到端的通信
      • 功能
        • 可靠传输、不可靠传输
        • 差错控制
        • 流量控制
        • 复用分用
          • 复用：多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务 分用：传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程
      • 主要协议
        • TCP、UDP
      • 承上启下，作为资源子网与通信子网之间的桥梁
    • 网络层
      • 传输单位：数据报
      • 主要任务是把网络层的协议数据单元（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。
      • 功能
        • 路由选择
        • 流量控制
        • 拥塞控制
        • 差错控制
      • 主要协议
        • IP、IPX、ICMP、 IGMP、ARP、RARP、OSPF
    • 数据链路层
      • 传输单位：帧
      • 把网络层传下来的数据报组装成帧
      • 功能
        • 成帧（定义帧的开始和结束）
        • 差错控制（帧错+位错）
        • 流量控制
        • 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
      • 传输单位：比特
      • 在物理媒体上实现比特流的透明传输
        • 透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能在链路上传送。
      • 功能
        • 定义接口特性
        • 定义传输模式（单工、双工、半双工）
        • 定义传输速率
        • 比特同步
        • 比特编码
      • 主要协议
        • Rj45
        • 802.3
    • 通信子网
• TCP/IP模型
  • 与OSI模型的相同点
    • 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
• 5层参考模型
  • 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等
    • 物理层
      • 比特传输
    • 数据链路层
      • 把网络层传下来的数据报组装成帧
      • Ethernet、PPP
  • 数据封装与解封装