2019-05-08 计算机网络复习

1.计算机网络概念

2.计算机网络组成

3.计算机网络分类

4.网络体系结构概念

5.OSI/RM体系结构相关

6.TCP/IP体系结构

7.C/S模式

1.概述

1.1什么是网络？什么是计算机网络？什么是互连网，互联网？

网络是由若干节点和连接这些节点的链路构成，表示诸多对象及其相互联系。

生活中有三类大家十分熟悉的网络，电信网络，有线电视网络，计算机网络，分别向用户提供不同的服务，起核心作用的是计算机网络，计算机网络也能打电话，看视频的服务，并且前二者也都能连接到计算机网络上，这是网络融合的概念。

计算机网络

利用通信设备和线路将不同地理位置的具有独立功能的多台计算机系统和其他外部设备互连起来，以网络通信协议和功能完善的网络软件实现网络中资源共享和信息传递的系统

总结：网络把多个自治的计算机链接到一起，从而实现资源的共享和信息的传递在换一种说法就是计算机之间的互连，也包括计算机和其他设备的互连，例如打印机，

计算机网络的组成：主机，通信子网，协议（此处注意仅仅是计算机网络，不是互联网），也可说成由通信子网和资源子网组成

备注：计算机网络的功能除了资源共享，信息传递之外还有网络计算，集中控制，提高系统的可靠性等

互连网指的是多个网络之间通过路由器连接起来，也就是说多个网络之间可以实现资源共享和信息传递，互联网（Internet）则是当今世界上最大的互连网，起源于美国

计算机网络组成

从系统组成上来说，计算机网络是由硬件和软件两大部分构成的；从功能上来讲，计算机网络分为通信子网和资源子网两部分。

1.2计算机网络的分类

1.2.1按按网络的交换功能

主机之间，通信设备之间，主机与通信设备之间交换信息所采用的方式，电路交换，报文交换（存储转发），分组交换（分割）//TODO

1.2.1按网络的拓扑结构：

集中式网络(星形网)：所有信息流必须经过中央处理设备(即交换结点)。若很多个终端较集中配置在某处时，可采用集中器或复用器。

分散式网络(非集中式网络): 是集中式网络的扩展。它的某些集中器或复用器具有一定的交换功能。

分布式网络：是格状网。其中任何一个结点都至少和其他两个结点直接相连，因而其可靠性是最高的。

1.2.3按网络覆盖范围

广域网WAN (Wide Area Network) ：作用范围通常为几十到几千公里。

局域网LAN (Local Area Network)：一般通过高速通信线路相连(10 Mb/s以上)，但在地理上则局限在较小的范围(如1公里左右)。

城域网MAN (Metropolitan Area Network)：作用范围在广域网和局域网之间，作用范围是一个城市，其传送速率比局域网的更高，但作用距离约为5～50 km。

1.3网络体系结构概念

1.3.1 网络协议

不同系统中的实体为了能成功地进行通信而应该遵守的共同的约定

1.3.2计算机网络的体系结构(architecture)

复杂问题怎么解决，复杂系统怎么设计？

模块化或者分层

程序设计中对复杂问题进行模块化处理，而计算机网络中则将该复杂系统进行分层处理，每层完成特定功能，各层协调一致实现整个网络系统。

分层或者模块化的原则

一， 各层的功能及技术实现要有明显的差别，交界面的相互作用要少，各层要相互独立。二， 每一层应完成精确定义的功能三， 分层处应当选择接口的描述最少、层间交互最少的地方四， 层次数目要适当，应考虑数据传输过程的特点，在双方形成对等层关系五， 每一层功能的选择应利于标准化

具有某种特定组织方式的多个协议的集合，目前有多种不同的网络体系结构，但其协议之间的组织结构基本上都是采用分层的方式

计算机网络体系结构中的三要素分别是——层次、协议、接口

IBM的系统网络体系结构SNA

ISO的开放系统互连OSI/RM

Internet的TCP/IP

1.3.3划分层次的好处

(1)各层之间是独立的。某一层并不需要知道它的下一层是如何实现的，而仅仅需要知道该层通过层间的接口所提供的服务。这样，整个问题的复杂程度就下降了。

(2)灵活性好。当任何一层发生变化时，只要层间接口关系保持不变，则在这层以上或以下各层均不受影响。

(3)结构上可分割开。各层都可以采用最合适的技术来实现。

(4)易于实现和维护。这种结构使得实现和调试一个庞大又复杂的系统变得易于处理，因为整个的系统已被分解为若干个相对独立的子系统。

(5 能促进标准化工作。因为每一层的功能及其所提供的服务都已有了精确的说明。

1.3.4 OSI/RM（开放系统互连参考模型）体系结构

物理层：透明的传输比特流，确定与传输媒体接口的一些特性，以便无差别地利用不同物理媒体来进行数据传输（屏蔽掉计算机网络中种类繁多的具体物理设备和传输媒体的差异），物理层关注在一条通信信道上传输原始比特，只需确保当一方发送了比特1时，另一方收到的也是比特1，并不需要考虑信息的意义和信息的结构。向上层(数据链路层)提供一致的服务。

传输单位：bit，常见的网络设备：中继器、集线器、Modem（调制解调器）

数据链路层：数据链路层在物理层提供比特流服务的基础上，建立相邻结点之间的数据链路，在不可靠的物理线路上进行可靠的数据传输（在物理层中由于外部噪声的干扰，信号的传输可能出错，并且由于两个结点的性能不同，传输和接收的速率可能不一样），包括:帧同步、链路管理、差错控制、流量控制，成帧。

传输单位：帧，二层交换机、网桥工作在该层上。

网络层：传输单位是分组，把运输层产生的报文段或者用户数据报封装成分组进行传送，在TCP/IP协议中网络层使用IP协议，因此也叫IP数据报（IP数据报和分组为同义词），路由选择（为该分组寻找一条合适的路劲）和存储转发，分组交换（通信双方以分组为单位，具体指它将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段，通过存储-转发机制实现数据交互的通信方式，分组交换本质上就是存储转发），流量控制，差错控制（检测分组是否正确，奇偶校验码之类），拥塞控制（某网络中的节点都处于来不及接收分组而要丢弃大量分组，网络处于拥塞状态，这种状态使得两个节点无法正常通信）

传输单位分组，常见的网络设备——路由器、具有路由功能的三层交换机

传输层：为端到端的连接提供可靠的透明服务（不同主机的两个进程之间的通信，数据链路层提供点到点的通信），使用传输层的服务，高层用户可以直接进行端到端的传输，由于一个主机可以存在多个进程，因此传输层具有复用和分用的功能（多个进程同时使用传输层，传输层将信息交给不同的进程）传输层主要使用传输控制协议TCP（提供面向连接的，可靠的数据传输服务，数据的传输单位是报文段），用户数据报协议UDP（提供无连接的，尽最大努力的数据传输服务，不保证传输数据的可靠性，单位是用户数据报）（OSI中仅有TCP和SPX，二者都是面向连接的协议，UDP是TCP中的，也就是说OSI中没有无连接的传输协议）

传输单位：报文

会话层以上不再参与数据传输，而是管理数据传输。在不同计算机上的两个应用进程之间建立、监视，使用和终止连接，该连接就是所谓的会话。还有中断的会话从何处重新开始

传输单位：报文

表示层将欲交换的数据从适合某一用户的语法变换为适合于OSI系统内部使用的抽象传送语法。这样就屏蔽了不同应用进程的不同数据表示。，数据压缩，加密解密也是此层提供的方法（报文）

传输单位：报文

应用层互联网是开放架构，数据来源五花八门，必须事先规定好格式，否则根本无读。“应用层"的作用，就是规定应用程序的数据格式。（协议）举例来说，TCP 协议可以为各种各样的程序传递数据，比如 Email、WWW、FTP 等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP 数据的格式，这些应用程序协议就构成了"应用层”。

传输单位：报文

报文也是网络传输的单位，传输过程中会不断的封装成分组、包、帧来传输，封装的方式就是添加一些信息段，那些就是报文头以一定格式组织起来的数据。比如里面有报文类型，报文版本，报文长度，报文实体等等信息。

OSI/RM参考模型中的数据传输

参考模型中的数据传输>

在OSI参考模型中数据是如何在不同主机的不同应用进程中进行数据传输的呢？

假定主机1的应用进程AP1向主机2的应用进程AP2传送数据。

AP1先将其数据交给主机1的最高层（应用层），如使用SMTP协议来处理数据（在该数据前加上SMTP标记，以便对方主机2收到后了解使用什么软件来处理该数据。）；

应用层处理后交给下面的表示层，表示层会进行必要的格式转换，使用一种通信双方都能识别的编码来处理数据；

表示层处理完成后将数据交给会话层，会话层会在主机1和主机2之间建立一条只用于传输该数据的会话通道，并监视它的连接状态，直到数据同步完成才会断开会话；

会话通道建立后，为保证数据传输中的可靠性，主机1的传输层会对数据进行必要的处理，如分段、编号、差错校验、确认、重传等；

网络层是实际传输数据的层次，它将传输层中处理完成的数据再次封装，添加上双方的地址信息，并为每个数据包找到一条到主机2的最好的路径，然后按照最佳路径发送到网络中；

数据链路层则会对网络层的数据再次进行封装，添加上能唯一表示每台设备的MAC物理地址；

主机1的物理层则将上层的数据转换成电流传输的物理线路，通过物理线路将数据传送到主机2后，主机2会将电信号转变成数据链路层的数据帧，数据链路层再去掉本层的Mac物理地址后将数据递交给网络层，网络层同样去掉主机1网络层所添加的内容后交给传输层，就这样层层递减后最终数据到达了主机2的应用层，应用层接受到数据使用STMP协议封装，就知道应用电子邮件的软件来处理了。

虽然应用进程数据要经过这么复杂的过程才能送到终点，但这些复杂过程对用户来说，都被屏蔽掉了，以致主机1的应用进程AP1觉得好像直接把数据交给了主机2的应用进程Ap2。

1.3.5 OSI/RM体系结构相关说明

对等层通信的实质：

对等层实体之间虚拟通信 ， 下层向上层提供服务 ，实际通信在最底层完成

OSI/RM相关概念

  实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。

协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

服务：在协议的控制下，两个对等实体间的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。

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，这些命令在OSI中称为服务原语

服务访问点SAP (Service Access Point)：在同一系统中相邻两层的实体进行交互(即交换信息)的地方。

数据单元DU (Data Unit)：指各层传输数据的最小单位。

服务数据单元SDU (Service Data Unit)：在同一系统中相邻层与层之间交换的数据的单位。

协议数据单元PDU (Protocol Data Unit)：就是对等实体之间通过协议传送的数据。 

协议（水平）和服务（垂直），并非在一个层内完成的全部功能都称为服务。只有那些能够被高一层看得见的功能才能称之为“服务”。

1.3.6 面向连接服务和无连接服务

在网络中，下层向上层提供的服务有两大类：

面向连接服务：是电话系统服务模式的抽象。每一次完整的数据传输都必须经过建立连接、数据传输和终止连接三个过程。在数据传输过程中，各数据包地址不需要携带目的地址，而是使用连接号，连接本质上类似于一个管道。其特点是接收到的数据与发送方发出的数据在内容和顺序上是一致的。

无连接服务：是邮政系统服务模式的抽象,其中每个报文带有完整的目的地址，每个报文在系统中独立传送,无连接服务不能保证报文到达的先后顺序，原因是不同的报文可能经下同的路径到达目的地，所以先发送的报文不一定先到。无连接服务不保证报文传输的可靠性。

TCP/IP体系结构

TCP/IP模型起源于ARPANET网络

第一层：网络接口层。该层主要功能是负责与物理网络的连接。实际上TCP/IP模型没有真正描述这一层的实现，只是要求能够提供给其上层——网络互连层一个访问接口，以便在其上传递IP分组。由于这一层次未被定义，所以其具体的实现方法将随着网络类型的不同而不同。

第二层：网络互联层：网络互联层是将整个网络体系结构贯穿在一起的关键层，它的功能是把数据分组发往目标网络或主机。同时，为了尽快地发送分组，允许分组沿不同的路径同时进行传递。因此，分组到达的顺序和发送的顺序可能不同，这就需要其上层（传输层）对分组进行排序。　　网络互联层定义了标准的数据分组格式和协议，即IP协议（Internet Protocol），与之相伴的还有一个辅助协议ICMP协议。　　　　网络互联层的任务是将IP分组投递到它们应该去的地方，很显然，IP分组的路由是最重要的问题，同时还需要完成拥塞控制的功能。

第三层：传输层。传输层的功能是使源主机和目标主机上的对等实体可以进行会话。该层上定义了两种服务质量不同的协议。即：传输控制协议TCP（transmission control protocol）和用户数据报协议UDP（user datagram protocol）。

TCP协议是一个面向连接的、可靠的协议，允许从一台主机发出的字节流无差错地发往互联网上的其他主机。在发送端，它负责把上层（应用层）传送下来的字节流分割成离散的报文，并把每个报文传递给下层（网络互联层）。在接收端，它负责把收到的报文进行重组后递交给上层（应用层）。TCP协议还要处理端到端的流量控制，以便确保一个快速的发送方，不会因为发送太多的报文而淹没掉一个处理能力跟不上的慢速的接受方。

UDP协议是一个不可靠的、无连接协议，主要适用于不需要对报文进行排序和流量控制的场合。其被广泛用于那些一次性的请求-应答应用，以及那些及时交付比精确交付更加重要的应用，如传输语音或者视频。

第四层：应用层。应用层简单包含了所需的任何会话和表示功能，它面向不同的网络应用引入不同的应用层协议。最早的高层协议包括文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）、虚拟终端协议TELNET、简单邮件传输协议SMTP，后来许多其他协议被加入到了应用层，如超文本链接协议HTTP（Hyper Text Transfer Protocol），域名系统DNS(Domain Name System)，实时传输协议RTP（Real-time Transport Protocol）

1.4C/S模式

客户机/服务器模式，（B/S可以看做一种特殊的C/S ）

客户服务器建立通信关系的两个主要步骤：

客户首先发起连接建立请求；

服务器接受连接建立请求。以后就逐级使用下一层提供的服务。

功能较强的计算机可同时运行多个服务器进程。（功能很强的计算机可以同时运行多个tomcat）

参考模型中的数据传输>

在OSI参考模型中数据是如何在不同主机的不同应用进程中进行数据传输的呢？

假定主机1的应用进程AP1向主机2的应用进程AP2传送数据。

AP1先将其数据交给主机1的最高层（应用层），如使用SMTP协议来处理数据（在该数据前加上SMTP标记，以便对方主机2收到后了解使用什么软件来处理该数据。）；

应用层处理后交给下面的表示层，表示层会进行必要的格式转换，使用一种通信双方都能识别的编码来处理数据；

表示层处理完成后将数据交给会话层，会话层会在主机1和主机2之间建立一条只用于传输该数据的会话通道，并监视它的连接状态，直到数据同步完成才会断开会话；

会话通道建立后，为保证数据传输中的可靠性，主机1的传输层会对数据进行必要的处理，如分段、编号、差错校验、确认、重传等；

网络层是实际传输数据的层次，它将传输层中处理完成的数据再次封装，添加上双方的地址信息，并为每个数据包找到一条到主机2的最好的路径，然后按照最佳路径发送到网络中；

数据链路层则会对网络层的数据再次进行封装，添加上能唯一表示每台设备的MAC物理地址；

主机1的物理层则将上层的数据转换成电流传输的物理线路，通过物理线路将数据传送到主机2后，主机2会将电信号转变成数据链路层的数据帧，数据链路层再去掉本层的Mac物理地址后将数据递交给网络层，网络层同样去掉主机1网络层所添加的内容后交给传输层，就这样层层递减后最终数据到达了主机2的应用层，应用层接受到数据使用STMP协议封装，就知道应用电子邮件的软件来处理了。

虽然应用进程数据要经过这么复杂的过程才能送到终点，但这些复杂过程对用户来说，都被屏蔽掉了，以致主机1的应用进程AP1觉得好像直接把数据交给了主机2的应用进程Ap2。