第一章-计算机网络体系结构

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1.计算机网络概述

1.1 概念

计算机网络:是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,有完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

互连:通过通信链路互联互通

自治:无主从关系

1.2 功能

数据通信,资源共享,分布式处理,提高可靠性,负载均衡

1.3 发展

第一阶段

美国国防部高级研究计划局(ARPA)——ARPAnet 阿帕网

1983年阿帕网接受TCP/IP,选定Internet为主要计算机通信系统

第二阶段:三级结构

主干网,地区网,校园网

第三阶段:多层次ISP结构

ISP:因特网服务提供者/因特网服务提供商,是一个向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的公司,如中国电信、中国联动、中国移动等。分为主干ISP、地区ISP和本地ISP。

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1.4 组成

1.4.1 组成部分

硬件:主机,通信链路(光纤),交换设备(路由器,交换机),通信处理机(网卡)等

软件:网络操作系统,FTP程序等

协议:通信规则

1.4.2 工作方式

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边缘部分:所有连接到因特网上、供用户直接使用的主机(C/S方式,P2P方式)组成

核心部分:由大量的网络和连接这些网络的路由器组成

1.4.3 功能组成

通信子网:传输介质、通信设备、相对应的网络协议

资源子网:实现资源共享功能的设备及其软件的集合
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1.5 分类

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局域网使用广播技术,广域网使用交换技术

1.6 计算机网络的性能指标

  1. 带宽(Bandwidth):用来表示网络的通信线路传送数据的能力,通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。

    单位是“比特每秒”,b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。

  2. 吞吐量(Throughput):单位时间内通过某个网络(或信道。接口)的数据量。吞吐量受网络带宽或网络频宽速率的限制。

  3. 速率(speed):速率即数据率或称数据传输率或比特率

比特 1/0 位
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。
单位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s

  1. 时延(Delay):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。单位是s。
  • 发送时延: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

  • 传播时延:一个比特从链路的一端发送到另一端所需要的时间

​ 传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率

  • 处理时延:数据在交换结点为存储转发二进行一些必要处理所花费的时间
  • 排队时延:分组在进入路由器后要先在输入队列排队等待处理的时间

做题时题目若无特殊说明,排队时延与处理时延忽略不计

  1. 往返时延(Round-Trip Time ,RTT):

  2. 时延带宽积:指发送端发送的第一个比特即将到达终点时,发送端已经发出了多少个比特。

  • 因此又称为以比特为单位的链路长度
  • 时延带宽积 = 传播时延×信道带宽
  1. 信道利用率:指出某一信道有百分之多少的时间是有数据通过的。

点时,发送端已经发出了多少个比特。

  • 因此又称为以比特为单位的链路长度
  • 时延带宽积 = 传播时延×信道带宽
  1. 信道利用率:指出某一信道有百分之多少的时间是有数据通过的。
  • 信道利用率 = 有数据通过时间 /(有+无)数据通过时间

2. 体系结构

为什么要分层:

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2.1 计算机网络协议、接口、服务的概念

  1. 协议:为进行网络中的对等实体数据交换建立起来的规则、标准或约定的集合
  2. 接口(访问服务点SAP):上层使用下层服务的入口
  3. 服务:下层为相邻上层提供的功能调用。它是垂直的。
    服务原语:
  • 请求(request)
  • 指示(indication)
  • 响应(response)
  • 证实(confirmation)

2.2 ISO/OSI参考模型

目的:支持异构网络系统的互联互通。
国际标准化组织(ISO)于1984年提出开放系统互连(OSI)参考模型。
(但是!理论成功,市场失败。实际上大规模应用的是TCP/IP参考模型
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在计算机网络体系结构的各个层次中,每个报文都分为两个部分,数据部分SDU,控制信息部分PCI,共同组成PDU。

  • 服务数据单元(SDU):为完成用户所要求的功能而应发送的数据。第n层的服务数据单元记为n-SDU
  • 协议控制信息(PCI):控制协议操作的信息。n-PCI
  • 协议数据单元(PDU):对等层次之间传送的数据单元。
  • 数据链路层的PDU称为帧;网络层的PDU 称为分组;传输层的PDU称为报文段。

各个层次

  • 应用层(Application Layer):用户与网络的界面。典型应用层服务:
    文件传输(FTP)
    电子邮件(SMTP)
    万维网(HTTP)
  • 表示层(Presentation Layer):处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。
  • 会话层(Session Layer):向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。
    这就是会话,也是建立同步(SYN)。
功能一:建立、管理、终止会话
功能二:使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步。

主要协议:ADSP、ASP
适用于传输大文件

  • 传输层(Transport Layer):负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。单位为报文段或用户数据报。
    协议:TCP,UDP
功能一:可靠传输、不可靠传输
功能二:差错控制
功能三:流量控制
功能四:复用分用

复用:多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用:运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程

  • 网络层(Network Layer):主要任务是把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。网络层传输单位是数据报。
    主要协议:IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
功能一:路由选择(最佳路径)
功能二:流量控制
功能三:差错控制
功能四:拥塞控制
  • 数据链路层(Data Link Layer):主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。
    数据链路层/链路层的传输单位是帧。
    主要协议:SDLC、HDLC、PPP、STP
功能一:成帧(定义帧的开始和结束)
功能二:差错控制 帧错+位错
功能三:流量控制
功能四:访问(接入)控制 控制对信道的访问
  • 物理层(Physical Layer):主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。
    物理层传输单位是比特。
    主要协议:Rj45、802.3

透明传输:指不管所传数据是什么样的比特组合,都应当能够在链路上传送。

功能一:定义接口特性
功能二:定义传输模式(单工、半双工、双工)
功能三:定义传输速率
功能四:比特同步
功能五:比特编码

2.3 TCP/IP模型&5层参考模型

TCP/IP模型:
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ATM百度百科
Frame Relay——帧中继 百度百科
5层参考模型:
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第一章-计算机网络体系结构_第12张图片

2.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的同与不同

不同:

  1. OSI定义三点:服务、协议、接口
  2. OSI先出现,参考模型先于协议发明,不偏向特定协议
  3. TCP/IP设计之初就考虑到异构网络互联调的问题,将IP 作为重要层次。
ISO/OSI参考模型 TCP/IP模型
网络层 无连接+面向连接 无连接
传输层 面向连接 无连接+面向连接

  1. 都分层
  2. 基于独立的协议栈的概念
  3. 可以实现异构网络互联

面向连接:分为三个阶段,第一是建立连接,在此阶段,发出一个建立连接的请求。只有在连接成
功建立之后,才能开始数据传输,这是第二阶段。
接着,当数据传输完毕,必须释放连接。
而面向
无连接:没有这么多阶段,它直接进行数据传输。

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