408计算机网络学习笔记——计算机网络体系结构

目录

1.计算机网络概述

1.1.计算机网络的组成

1.2.计算机网络的分类

1.3.计算机网络性能指标

2.计算机网络体系结构与参考模型

2.1.计算机网络的分层结构

2.1.1.分层的基本原则

2.1.2.分层结构的概念

2.2.OSI模型

2.2.1.应用层

2.2.2.表示层

2.2.3.会话层

2.2.4.传输层

2.2.5.网络层

2.2.6.数据链路层

2.2.7.物理层

2.3.TCP / IP

2.4.五层参考模型

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1.计算机网络概述

1.1.计算机网络的组成

1.组成部分：硬件、软件、协议

2.工作方式：

A.边缘部分：用户直接使用（主机）。方式：C/S，P2P

B.核心部分：为边缘部分服务（网络、路由器）

3.功能组成：

A.通信子网：实现数据通信，即把信息从一个主机传到另一个主机（网络层、数据链路层和物理层）

B.资源子网：实现资源共享 / 数据处理，提供各种网络资源（硬件、软件和数据信息）的集合（应用层、表示层和会话层）

传输层弥补上三层和下三层之间的差距，并为上三层屏蔽下三层的实现细节

1.2.计算机网络的分类

广域网：使用交换技术，范围较大

局域网：使用广播技术，范围较小

区分两者不能仅看距离，而应看其使用的技术

1.3.计算机网络性能指标

表示存储量的时候是以2为底，例：1KB = 2 ^ 10B；1MB = 2 ^ 10KB 

表示速率的时候是以10为底，例：1kb/s = 10 ^ 3b/s；1Mb = 10 ^ 3kb/s

1.速率：每秒数据的传输量，例：传输0101010101使用1s，则速率为10b/s

2.带宽：网络设备所支持的最高速率，单位是b/s（理想状态）

3.吞吐量：单位时间内通过的数据量，单位是b/s

4.时延：数据从发送端到接收端所需要的时间，由四个部分相加而成

①发送时延（主机内）：从发送分组的第一个比特开始算起，到发送完该分组的最后一个比特。发送时延 = 分组长度 / 信道宽度（发送速率）（高速链路中，仅仅是提高了发送速率，从而降低了发送时延，但是传播时延并未受到影响）

②传播时延（信道内）：电磁波从信道上的发送端到接收端的时间。传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率（数据被转换为电磁波的形式在信道上传播）（受到传输介质影响）

③排队时延（路由器内）：在输入队列中排队等待处理的时间

④处理时延（路由器内）：检错 / 找出口

其中，排队时延和处理时延基本忽略不计

5.时延带宽积：传播时延 * 带宽。发送端第一个比特到达终点的时候，发送端共发送了多少比特（链路中有多少比特）（链路容量）

6.往返时延RTT：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认总共经历的时延

RTT包括往返传播时延（数据A从发送端到接收端的传播时延 + 接收端发送给发送端的确认B）+ 末端处理时间（通常忽略不计）（不包括发送时延）

7.信道利用率：有数据通过的时间 / 有数据通过的时间 + 无数据通过的时间

2.计算机网络体系结构与参考模型

2.1.计算机网络的分层结构

2.1.1.分层的基本原则

1.每层都实现一种相对独立的功能

2.保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务

2.1.2.分层结构的概念

1.协议：为网络中对等实体数据交换的实现而建立的规则或协定。包含：

语法：规定传输数据的格式

语义：规定所要完成的功能

同步：规定各种操作的顺序

2.接口：上层使用下层服务的接口（仅在相邻层有接口，该层如何实现其所提供的服务对上一层透明）

3.服务：下层为相邻上层提供的功能调用（中间层次为上一层提供服务，还包含下一层包括底下所有层次的服务的总和（该层自己也能使用））

4.SDU服务数据单元：该层所要传输的有用的数据

5.PCI协议控制信息：控制信息

6.PDU协议数据单元：对等层次传输的数据单位

每一层的PDU作为下一层的SDU，加上该层的PCI得到这一层的PDU

 

2.2.OSI模型

每层收到上层的数据时，需要添加该层的控制信息（物理层除外，数据链路层额外需要加一个尾部）

物理层、数据链路层、网络层为点对点（不管是发送端主机、接收端主机和中间路由器都需要使用这三个层次）

传输层、会话层、表示层、应用层为端对端（只有发送端主机和接收端主机需要使用这四个层次，中间路由器不需要）

2.2.1.应用层

所有能和用户交互并且产生网络流量的程序（QQ）

2.2.2.表示层

用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）

1.数据格式变换：翻译（例：二进制转换成图片）

2.数据加密解密

3.数据压缩和恢复

2.2.3.会话层

向用户进程提供建立连接并且在该连接上有序的传输数据

1.建立、管理、终止会话

2.在通信失效时恢复通信，实现数据同步

2.2.4.传输层

负责主机中两个进程的通信。传输单位是报文段或者用户数据报

1.可靠传输（基于接收端确认机制）、不可靠传输（不需要确认）

2.差错控制（纠正传输中产生的错误）

3.流量控制（控制发送端发送速率）

4.复用分用（复用：多个进程可以同时使用传输层的服务；分用：传输层把收到的数据分别交付给相应近程）

2.2.5.网络层

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（实现不同主机互联）。网络层传输单位是数据报

1.路由选择（选择合适路由，最佳路径）

2.流量控制（控制发送端速率）

3.差错控制（能纠错纠错，不能纠错丢弃）

4.拥塞控制（流量控制针对的是发送端，拥塞控制针对的是全局）

2.2.6.数据链路层

把网络层传下来的数据报组装成帧，传输单位是帧

1.成帧（定义帧的开始和结束）

2.差错控制 帧错、位错（可以检错可以纠错）

3.流量控制

4.访问控制（控制对信道的访问）

2.2.7.物理层

在介质上实现透明传输（不管传输的内容是什么，直接传输），传输单位是比特

1.定义传输模式（单工、半双工、双工）

2.定义传输速率

3.比特同步（准确无误的接收）

4.比特编码（区分0、1，例如：曼彻斯特编码，归零编码）

2.3.TCP / IP

与OSI模型相同点：

1.都分层（将庞大的问题拆分成一个个小问题，每层独立处理）

2.基于独立的协议栈

3.可以实现异构网络互联

不同点：

1.OSI定义三点：服务、协议、接口

2.TCP / IP 中IP作为重要层次

3.面向连接：建立连接→开始传输→释放连接

无连接：直接传输

网络层（IP协议面向无连接）：OSI为无连接+面向连接；TCP/IP为无连接

传输层（端到端，可靠传输）：OSI为面向连接；TCP/IP为无连接+面向连接

2.4.五层参考模型

应用层：支持各种网络应用

传输层：进程间的数据传输

网络层：源主机到目的主机的数据分组路由与转发

数据链路层：网络层传下来的数据组装成帧

物理层：比特传输