计算机网络开荒1-概述
文章目录
- 一、网络基本概述
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- 1.2 Internet
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- Internet组成
- Internet服务角度
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- 1.3 网络协议
- 二、计算机网络结构
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- 2.1 计算机网络结构
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- 2.1.1 网络边缘
- 2.1.2 接入网络 物理介质
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- 2.1.2.1 DSL
- 2.1.2.2 电缆网络
- 2.1.2.3 家庭网络接入
- 2.1.2.4 企业网络接入
- 2.1.2.5 无线网络接入
- 2.1.3 网络核心
- 三、网络核心
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- 3.1 电路交换
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- 交换设备的功能
- 电路交换的特点
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- 3.2 多路复用 multiplexing
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- 3.2.1 典型的多路复用方法
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- 3.2.1.1 频分多路复用 frequency division multiplexing FDM
- 3.2.1.2 时分多路复用 time division multiplexing TDM
- 3.2.1.3 波分多路复用 Wavelength WDM
- 3.2.1.4 码分多路复用 Code CDM
- 3.3 报文交换
- 3.4 分组交换
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- 3.4.1 传输延迟
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- 报文vs分组
- 分组例题
- 分组优点
- 四、网络性能
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- 4.1 速率
- 4.2 带宽
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- 4.2.2 时延
- 4.3 时延带宽积
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- 4.3.2 丢包
- 4.4 吞吐量/率
- 五、计算机网络体系结构
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- 5.1 OSI
- 5.2 物
- 5.3 数
- 5.4 网
- 5.5 传
- 5.6 会
- 5.7 表示
- 5.8 应用
- 5.9 TCP/IP模型
- 5.10 五层参考模型
一、网络基本概述
计算机网络 = 通信技术 + 计算机技术
计算机网络定义：计算机网络就是互联的、自治的计算机集合
自治-无主从关系
互联-互联互通
1.2 Internet
Internet组成
全球最大的互联网络
ISP(Internet Service Provider):网络互联的 网络之网络
- 计算设备集合
- 主机hosts=终端设备
- 运行各种网络应用
- 通信链路
- 光纤 铜缆 无线电 卫星
- 分组交换
- 路由器 交换机
Internet服务角度
- 为网络应用提供通信服务的通信基础设施
- Web Voip email 游戏
- 为网络应用提供网络编程接口
- 支持应用程序连接 Internet ，发送接受数据
- 提供类邮政系统
1.3 网络协议
硬件是基础
计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定的规则
网络协议network protocol： 简称 协议、进行网络中数据交换而建立的规则、标准或约定
协议规定了通信实体信息的 格式、意义、顺序 以及收发消息的 动作
协议的三要素
- 语法
- 语义
- 时序
Internet协议标准：
- RFC(Request for Comments) 网络协议都是以rfc文档存在
- IETF(internet Engineering Task Force)互联网工程任务组，发布RFC协议文档
局域网之间通过路由器互联，就构成了Internet
Internet是最大的互联网
二、计算机网络结构
2.1 计算机网络结构
2.1.1 网络边缘
位于网络边缘 运行web email
客户/服务器 CS架构：web FTP
P2P(peer-peer)应用模型
- 没有专用服务器
- 通信在对等实体之间
- Gnutella BT Skype QQ
2.1.2 接入网络 物理介质
2.1.2.1 DSL
多路复用 电话线
2.1.2.2 电缆网络
HFC 混合光纤同轴电缆 hybrid filber coax
每个家庭通过电缆网络–> 光纤接入ISP路由,多家庭共享 不同于DSL独占
2.1.2.3 家庭网络接入
2.1.2.4 企业网络接入
已经介入的用户可以通过 路由器 构建自己的 ISP
2.1.2.5 无线网络接入
交换机vs路由器
2.1.3 网络核心
互联的路由器网络
功能：路由+转发
数据交换
三、网络核心
3.1 电路交换
- 不需要每个终端都一一相连
- 构造一个交换设备，中间设备太庞大
- 多层交换设备
交换设备的功能
- 动态转接
- 动态分配资源
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
电路交换的特点
- 典型的电路交换网络：电话线
- 三个阶段
- 建立连接
- 通信
- 释放连接
- 独占资源
刚才说的电路交换是独占的，但是并不是意味着 这里的中间设备就不能被其他设备共享
用到的就是多路复用技术
3.2 多路复用 multiplexing
多路复用，通信技术中的基本概念
多路复用
- 将链路、网络资源(eg:带宽) 划分为资源片
- 将资源片分配给各路 呼叫calls
- 每路呼叫独占分配到的资源进行通信
- 资源片可能闲置idle
3.2.1 典型的多路复用方法
3.2.1.1 频分多路复用 frequency division multiplexing FDM
有线电视网络
将信道从频率上进行分割，各用户占用不同的带宽资源
分配到一定的频带之后，就独占了这个频带
3.2.1.2 时分多路复用 time division multiplexing TDM
将信道从时间上进行分割
将时间 划分 成等长的时分复用帧TDM帧
每个用户占用固定序号的时隙
每个用户所占用的时隙是 周期性出现 的（周期就是TDM的帧长度）
3.2.1.3 波分多路复用 Wavelength WDM
光的频分复用，光通讯中的波长来分割
3.2.1.4 码分多路复用 Code CDM
蜂窝、卫星通信网络
每个用户分配一个唯一的m bit的码片序列chipping sequence
各用户使用相同的频率载波，利用各自码片序列编码数据
3.3 报文交换
报文message：应用 发送 信息的整体
电报通信方式
3.4 分组交换
分组：将报文拆分出来 一系列相对小的数据包
报文的 发送端:拆分 和 接收端:重组
会产生额外的开销
统计多路复用：按需分配带宽
3.4.1 传输延迟
报文vs分组
分组例题
分组优点
- 适用与突发数据传输网络
- 资源充分
- 简单、无需呼叫
- 可能产生阻塞congestion：分组延迟 和 丢失
- 需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制
- 提供电路级性能保障
四、网络性能
4.1 速率
速率(数据率)data rate 或称 数据传输速率 比特率bit rate
kb/s (10.3 b/s)
Mb/s (10.6 b/s)
Gb/s (10.9 b/s)
Tb/s (10.12 b/s)
速率指的是额定速率 或 标称速率
4.2 带宽
带宽 bandwidth:信号具有的频带宽度，最高频率-最低频率，单位Hz
网络中的带宽通常指的是数字信道所能传达的 最高数据率 b/s(bps)
4.2.2 时延
分组在路由器 排队 ：时延
路由器满了：丢包
结点处理延迟
- 差错检测
- 确定输出链路
- 现在路由器很强，通常< 毫秒
排队延迟：
- 等待输出链路可用
- 取决于路由器阻塞程度
传输延迟
- 分组长度 L
- 链路带宽 R
- 传输延迟 = L / R
传播延迟
- 物理链路长度 d
- 信号传播速度 s
- 传播延迟 = d / s
4.3 时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
时延带宽积 又称为：以bit为单位的链路长度
4.3.2 丢包
队列缓存容量有限
分组到达已满队列将被丢弃
丢弃分组 可能 由前序节点或者源重发
丢包率 = 丢包数 / 已发分组总数
4.4 吞吐量/率
吞吐量：发送端 & 接收端 之间传输数据率b/s
- 即时吞吐量：给定时刻的速率
- 平均吞吐量：一段时间的平均速率
吞吐量取决于，速度最小的链路：瓶颈链路
多数情况下，瓶颈链路是末端链路
五、计算机网络体系结构
分层结构
5.1 OSI
传 会 表 应 ，这四个层次 中间路由 不需要实现，只需要 终端来实现，因此是 端-端层
数据封装
- 增加控制信息，构造协议数据单元PDU
控制信息：
- 地址Address:标识发送端/接收端
- 差错检测编码Error-detecting code:用于差错检测 或 纠正
- 协议控制 Protocol control：实现协议功能的附加信息：优先级priority、服务质量QoS、安全控制
5.2 物
解决了单一bit的传输问题
物理层的功能
- 定义接口特性
- 机械、电气、功能、规程特性
- 比特编码
- 数据率
- 比特同步（时钟同步）
- 传输模式
- 单工（Simplex）单向传输(电视)
- 半双工（half-duplex）交替双向(对讲机)
- 全双工（full-duplex）
5.3 数
-
结点-结点 数据传输
-
组帧(Framing)
-
物理寻址(physical addressing)
-
在帧头 添加 发送端/接收端的物理地址 标识 数据帧的发送端和/或接收端
-
流量控制(Flow control):避免淹没接收端
-
差错控制(Error control)：检测并重传损坏or丢失的针，避免重复帧
-
访问控制(Access control):某时刻 决定 哪个设备拥有链路(物理介质)控制权
5.4 网
- 源主机到目的主机 数据分组packet 交付（可能穿越多个网络）
- 逻辑寻址（Logical addressing）
- 全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机，IP地址
- 路由(Routing)
- 路由器(或网关)互联网络，并路由分组到最终的目的主机
- 路径选择
- 分组转发
路由器 会 接受数据 和转发 数据，路由器自己也是一个结点
图中 源ip和目标ip 会在每一次路由的时候改变
5.5 传
负责 源-目的(end-end) （进程间） 完整的报文传输
- 分段和重组
- SAP寻址（确保完整报文交给正确进程，端口）
- 连接控制
- 流量控制
- 差错检测
在计算机网络中，SAP（Service Access Point）寻址是一种用于标识服务访问点的方法。它是在 OSI 七层模型的第五层——会话层和第七层——应用层使用的一种寻址机制。
具体地说，每个运行在会话层或应用层的网络进程都有自己的 SAP，用于标识该进程提供的服务。当一个进程需要访问另一个进程提供的服务时，它会将目标 SAP 添加到通信数据包中，并通过网络传输到目标进程。目标进程通过识别接收到的 SAP 来确定哪个进程需要处理这个请求。
在 OSI 模型中，SAP 寻址一般与其他寻址机制配合使用，如 MAC 地址、IP 地址等。例如，在 TCP/IP 协议中，源和目的主机之间的通信需要使用目的 IP 地址和端口号来标识服务的访问点，其中端口号就是一个特殊的 SAP。
总之，SAP 寻址是一种用于标识服务访问点的方法，它主要用于 OSI 模型中的会话层和应用层。每个进程都有自己的 SAP，用于标识该进程提供的服务，通过识别 SAP 来确定哪个进程需要处理请求。SAP 寻址通常与其他寻址机制配合使用，如 MAC 地址、IP 地址等
5.6 会
- 对话控制(dialog controlling) 建立、维护
- 同步（Synchronization）：在数据流中插入“同步点”，中断恢复
5.7 表示
处理两个系统的语法和语义syntax and semantics的问题
- 数据表示转换：转换为主机独立编码
- 加密、解密
- 压缩、解压缩
5.8 应用
- 支持用户通过用户代理(浏览器) 或 网络接口 使用网络服务
- 典型的应用层服务：
- FTP SMTP Web(HTTP)
5.9 TCP/IP模型
5.10 五层参考模型
对比
