計算機網絡

1.概述

1.1.1 概念、功能、組成和分類

1.概念：

計算機網絡：是一個將分散、具有獨立功能的計算機系統，通過通信設備與線路連接起來，由功能完善的軟件實現資源共享和信息傳遞的系統。

計算機網絡是互連的、自治的計算機集合。

互連：互聯互通

自治：無主從關係

2.功能：

• 數據通信：連通性
• 資源共享：硬件 軟件 數據
• 分佈式處理：多臺計算機各自承擔同一工作任務的不同部分
• 提高可靠性
• 負載均衡

3.組成：

1.組成部分：硬件、軟件、協議

2.工作方式：

• 邊緣部分：用戶直接使用：C/S方式；P2P方式
• 核心部分：爲邊緣部分服務

3.功能組成：

• 通信子網：實現數據通信

• 資源子網：實現資源共享/數據處理
  

4.分類：

1.按分佈範圍分：

廣域網WAN（交換技術）；城域網；局域網（廣播技術）；個人區域網PAN

2.按使用者分：

公共網：中國電信；

專用網：政府；軍隊

3.按交換技術分：

電路交換；報文交換；分組交換

4.按拓撲結構分：

總線型；星型；環形；網狀型（常用於廣域網）

5.按傳輸技術分：

廣播式網絡：共享公共通信信道

點對點網絡：使用分組存儲轉發和路由選擇機制

5.腦圖：

1.1.2 標準化工作及相關組織

1.標準化工作：

標準化對計算機網絡至關重要，要實現不同廠商的硬、軟件之間相互連通，必須遵從統一的標準。

標準的分類：

• 法定標準：由權威機構制定的正式的、合法的標準。如OSI
• 事實標準：由某些公司的產品在競爭中佔據主流，時間長了，這些產品的協議和技術就成了標準。如TCP/IP

2.RFC要上升爲因特網正式標準的四個階段：

RFC（Request For Comments）因特網標準的形式

1）因特網草案（Internet Draft）這個階段還不是RFC文檔

2）建議標準（Proposed Standard）從這個階段開始成爲RFC文檔

3）草案標準（Draft Standard）[2011年取消]

4）因特網標準（Internet Standard）

3.相關組織：

• 國際標準化組織ISO：OSI參考模型、HDLC協議
• 國際電信聯盟ITU：制定通信規則
• 國際電氣電子工程師協會IEEE：學術機構、IEEE802系列標準、5G
• Internet工程任務組IETF

4.腦圖：

1.1.3 速率相關的性能指標

1.速率：

速率即數據率或稱數據傳輸率或比特率

比特 1/0 單位：位

連接在計算機網絡上的主機在數字信道上傳送數據位數的速率

單位是：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s,Tb/s

2.帶寬：

（1）」帶寬「原本指某個信號具有的頻帶寬度，即最高頻率和最低頻率之差；

（2）計算機網絡中，帶寬用來表示網絡的通信線路傳送數據的能力，通常是指單位時間內從網絡中的某一點到另一點所能通過的」最高數據率「。單位是」比特每秒「，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s,Tb/s。

網絡設備所支持的最高速度。

3.吞吐量：

表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數據量。單位：b/s，kb/s，Mb/s等。

吞吐量受網絡的帶寬或網絡的額定速率的限制。

1.1.4 時間相關的性能指標

1.時延：

指數據（報文/分組/比特流）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。也叫延遲或遲延。單位是s。

發送時延（傳輸時延）：從發送分組的第一個比特算起，到該分組的最後一個比特發送完畢所需的時間。

2.時延帶寬積：

1）時延帶寬積（bit） = 傳播時延（s） x 帶寬 (b/s)
​
2）時延帶寬積又稱爲以比特爲單位的鏈路長度，即「某段鏈路現在有多少比特」 容量

3.往返時延RTT：

1）從發送方發送數據開始，到發送發收到接收方的確認（接收方收到數據後立即發送確認），總共經歷的時延。

2）RTT越大，在收到確認之前，可以發送的數據越多。

3）RTT包括：往返傳播時延 = 傳播時延 *2

​ 末端處理時間

4.利用率：

• 信道利用率：
  有 數 據 通 過 時 間 / （ 有 + 無 ） 數 據 通 過 時 間 有數據通過時間 /（有+無）數據通過時間 有數據通過時間/（有+無）數據通過時間

• 網絡利用率：

​ 信道利用率加權平均值

1.2.1 分層結構

1.爲什麼要分層？

發送文件前要完成的工作:

(1)發起通信的計算機必須將數據通信的通路進行**。

(2)要告訴網絡如何識別目的主機。

(3)發起通信的計算機要查明目的主機是否開機,並且與網絡連接正常。

(4)發起通信的計算機要弄清楚,對方計算機中文件管理程序是否已經做好準備工作。

(5)確保差錯和意外可以解決。

。。。。

將大問題分解爲多個小問題。

2.怎麼分層？

舉個栗子：

你有一瓶酒，想郵寄給你的你朋友，首先進行軟包裝再放到木箱子裏。朋友收到之後，先拆開木箱子再拆開軟包裝。這一過程中酒是實體，軟包裝的裝和拆是協議，木箱子爲軟包裝提供接口和服務。

分層的基本原則：

1.各層之間相互**獨立,**每層只實現一種相對獨立的功能。

2.每層之間界面自然清晰,易於理解,相互交流盡可能少。

3.結構上可分割開。每層都採用最合適的技術來實現。

4.保持下層對上層的獨立性,上層單向使用下層提供的服務。

5.整個分層結構應該能促進標準化工作。

3.正式認識分層結構

1.實體:第n層中的活動元素稱爲n層實體。同一層的實體叫對等實體。

2.協議:爲進行網絡中的對等實體數據交換而建立的規則、標準或約定稱爲網絡協議。【水平】

• 語法:規定傳輸數據的格式

• 語義:規定所要完成的功能

• 同步:規定各種操作的順序

3.接口(訪問服務點SAP):上層使用下層服務的入口。

4.服務:下層爲相鄰上層提供的功能調用。【垂直】

4.概念總結：

• 網絡體系結構是從功能上描述計算機網絡結構。
• 計算機網絡體系結構簡稱網絡體系結構是分層結構。
• 每層遵循某個/些網絡協議以完成本層功能。
• 計算機網絡體系結構是計算機網絡的各層及其協議的集合。
• 第n層在向η+1層提供服務時,此服務不僅包含第n層本身的功能,還包含由下層服務提供的功能。
• 僅僅在相鄰層間有接口,且所提供服務的具體實現細節對上一層完全屏蔽。
• 體系結構是抽象的,而實現是指能運行的一些軟件和硬件。

1.2.2 OSI參考模型

1.計算機網絡分層結構

• 7層OSI參考模型（法定標準）
• 4層TCP/IP參考模型（事實標準）
• 5層的體系結構（學習）

2.ISO/OSI參考模型

1）爲了解決計算機網絡複雜的大問題–>分層結構（按功能）

目的：支持異構網絡系統的互聯互通。

國際標準化組織（ISO）於1984年提出開放系統互連（OSI）參考模型。但是！理論成功，市場失敗。

2）OSI七層

3）ISO/OSI參考模型解釋通信過程

3.各層功能及主要協議

1）應用層

• 所有能和用戶交互產生網絡流量的程序

• 典型應用層服務：

  文件傳輸（FTP）；電子郵件（SMTP）；萬維網（HTTP）…

2）表示層

• 用於處理在兩個通信系統中交換信息的表示方式（語法和語義）

• 功能一：數據格式交換（翻譯官）

  功能二：數據加密解密

  功能三：數據壓縮和恢復

• 主要協議：JPEG、SACII

3）會話層

• 向表示層實體/用戶進程提供建立連接並在連接上有序地傳輸數據。這是會話，也是建立同步（SYN）

• 功能一：建立、管理、終止會話

  功能二：使用校驗點可使會話在通信失效時從校驗點／同步點繼續恢復通信，實現數據同步。適用於傳輸大文件。

• 主要協議：ADSP、ASP

４）傳輸層

• 負責主機中兩個進程的通信,即端到端的通信.傳輸單位是報文段或用戶數據報.

• 功能一:可靠傳輸＼不可靠傳輸

  功能二：差錯控制

  功能三：流量控制

  功能四：複用分用

  複用：多個應用層進程可同時使用下面運輸層的服務；

  分用：運輸層把收到的信息分別交付給上面應用層中相應的進程．

• 主要協議：TCP，UDP

5）網絡層

• 主要任務是把分組從源端傳到目的端,爲分組交換網上的不同主機提供通信服務.網絡層傳輸單位是數據報

• 功能一:路由選擇(最佳路徑)

  功能二:流量控制

  功能三:差錯控制

  功能四:擁塞控制

  若所有節點都來不及接受分組，而要丟棄大量分組的話，網絡就處於阻塞狀態。因此要採取一定措施，緩解這種擁塞。

• 主要協議：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF

6）數據鏈路層

• 主要任務是把網絡層傳下來的數據報組裝成幀。數據鏈路層/鏈路層的傳輸單位是幀。

• 功能一：成幀（定義幀的開始和結束）

  功能二：差錯控制 幀錯+位錯

  功能三：流量控制

  功能四：訪問（接入）控制 ，控制對信道的訪問

• 主要協議：SDLC、HDLC、PPP、STP

7）物理層

• 主要任務是在物理媒介上實現比特流的透明傳輸。物理層傳輸單位是比特。

  透明傳輸：指不管所傳數據是什麼樣的比特組合，都應該能夠在鏈路上傳送。

• 功能一：定義接口特性

  功能二：定義傳輸模式：單工、半雙工、雙工

  功能三：定義傳輸速率

  功能四：比特同步

  功能五：比特編碼

• 主要協議：Rj45、802.3

1.2.3 TCP/IP模型 & 5層參考模型

1. OSI參考模型與TCP/IP參考模型

2.OSI參考模型與TCP/IP參考模型相同點

• 都分層
• 基於獨立的協議棧的概念
• 可以實現異構網絡互聯

3.OSI參考模型與TCP/IP參考模型不用點

• 1.OSI定義三點:服務、協議、接口

• 2.OSI先出現,參考模型先於協議發明,不偏向特定協議

• 3.TCP/P設計之初就考慮到異構網互聯問題,將IP作爲重要層次

面向連接分爲三個階段,第一是建立連接,在此階段,發出一個建立連接的請求。只有在連接成功建立之後,才能開始數據傳輸,這是第二階段。接着,當數據傳輸完畢,必須釋放連接。

而面向無連接沒有這麼多階段,它直接進行數據傳輸。

4. 5層參考模型

結合了OSI和TCP/IP的優點

5. 5層參考模型的數據封裝與解封裝

1.3 總結

參考資料王道論壇
PDF版本，歡迎關注公衆號：劉看山是山。回覆關鍵字：計算機網絡；計網