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