计算机网络——b站王道考研笔记

第一章 计算机网络体系结构

1.计算机网络概述

(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,由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统

           是互连的自洽的计算机集合(互连:通过通信链路互联互通)(自洽:无主从关系)

(2)发展阶段

           第一阶段:AppAnet~internet(网络由计算机组成,互联网由网络组成,因特网是最大的互联网)

           第二阶段:三级结构的因特网

           第三阶段:多层次ISP结构的因特网(把权利分散,大大提高了信息传递和资源共享的速度)

(3)功能

          1.数据通信

          2.资源共享

          3.分布式处理(提高可靠性,  负载均衡)

(4)组成

          1.从组成部分看:硬件,软件,协议。

          2.从工作方式看:

             边缘部分:主机,端系统(用户直接使用,C/S方式,P2P方式)

             核心部分:网络,路由器(为边缘部分服务)

          3.从功能上看:

             资源子网(实现资源共享、数据处理)(上三层,进行封装和处理)

             中间传输层(融会贯通)

             通信子网(实现数据通信)(下三层,把数据进行传输)

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(5)分类

          1.按分布范围分类:

             广域网WAN(10km~9000km,长距离通信,交换技术

             城域网MAN(5km~50km。多采用以太网)

             局域网LAN(10m~9km。广播技术

             个人区域网PAN(10m)

           2.按传输技术分类:

             广播式网络(共享公共通信信道)

             点对点网络(一对一进行通信)

           3.按拓扑结构分类:总线形,星形,环形,网状形

           4.按使用者分类:公用网,专用网

           5.按交换技术分类:

           电路交换(直接传送,延时小;线路利用率低)

           报文交换(可实现差错控制;开销大)

           分组交换(用于现在的主流网络;具有时延)

           6.按传输介质分类:有线,无线

(6)性能指标

           1.速率(数据率,数据传输率,比特率):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: b/s   (千 kb/s  兆 Mb/s  吉 Gb/s  太 Tb/s)

              PS:B是字节单位,形容存储容量,以2的10次递增;

                       b是比特单位,形容速率,以10的3次递增,

                       1B=8b。

           2.带宽:原本指最高频率与最低频率之差,某个信号具有的频带宽度;

                          现在指网络设备所能支持的最高速度,即最高数据率(理想条件)

               单位:Hz(赫兹)or b/s   (千 kb/s  兆 Mb/s  吉 Gb/s  太 Tb/s)

               链路带宽=2Mb/s——主机在2us内可向链路发送1bit数据

           3.吞吐量:单位时间通过某个网络(或信道,接口)的数据量

              单位:b/s(千 kb/s  兆 Mb/s  吉 Gb/s  太 Tb/s)

              吞吐量受网络的带宽或者额定速率的限制,带宽即水杯,吞吐量即水,不能装超过水杯的水。

           4.时延:数据从网络(链路)的一端到另一端所需的时间(延迟、迟延)。

               单位:s

              发送时延:发生在主机的内部,发送分组到链路上,第一比特到最后一比特时间

              传播时延:发生在信道上,一个比特从一端到另一端时间

              排队时延:发生在路由器上,等待输出/入链路可用的时间

              处理时延:发生在路由器上,存储转发的处理时间

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                                               发送——传播——排队——处理

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             5.时延带宽积:链路长度,以比特为单位(容量)

               单位:bt

时延带宽积 = 传播时延(一个比特从一端到另一端时间) ∗ 信道带宽(发送可达到的最高速率) 
 

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              6.往返时延RTT:发送方发送数据,到发送方收到接收方的确认所经历的时延。

                  单位:s

                  RTT越大,在收到确认前,可以发送的数据越多,只是信道上所用的时间,不包括传输时间。

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               7.利用率

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                    与时延的关系:

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2.计算机网络体系结构与参考模型

(1)计算机网络分层结构

          1.什么是计算机网络分层结构

           简称为“分层结构”,是计算机网络的各层及其协议的集合,从功能上描述了计算机网络结构

           2.为什么要分层:

           发起通信的计算机必须将数据通信段通路进行激活

           发起通信的计算机告诉网络如何识别目的主机,查明目的主机是否开机,中文件管理程序是否做好准备

           发起通信的计算机要确保差错和意外可以解决

           3.怎么分层:

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         例如传送快递,要先用泡沫包裹,在装箱,送到顾客手里再拆箱,拆泡沫,最后拿到快递

            4.分层原则:

               1.各层之间相互独立,每层只实现一种相对独立的功能。

               2.每层之间界面自然清晰,易于理解,相互交流尽可能少。

               3.结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。

               4.保持下层对上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务。

               5.整个分层结构能促进标准化工作。

 (2)计算机网络协议、接口、服务的概念    

           1.分层结构:

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          2.基本概念

1.实体:第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。

⒉协议:为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】

(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

3.服务:下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

   (请求) (指示) (响应) (证实)

4.接口(访问服务点SAP) :上层使用下层服务的入口。

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5.SDU服务数据单元: 为完成用户所要求的功能而应传送的数据(有含金量的数据)。

6.PCI协议控制信息: 控制协议操作的信息(控制信息)。

7.PDU协议数据单元: 对等层次之间传送的数据单位。

          3.总结

          1.第n层在向第n+1层提供服务时,包含第n层本身的功能和下层服务提供的功能

          2.仅仅在相邻层间有接口,且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽

          3.体系结构是抽象的,而实现是指能运行的一些软件和硬件

(3)两种计算机网络分层结构

         1. 7层的OSI参考模型(法定标准

            4层TCP/IP参考模型(事实标准

            综合可得到5层的体系模型。

        2.相同点:都分层,都基于独立的协议栈概念,都可以实现异构网络互联

        3.不同点:OSI定义三点(服务,协议,接口),OSI先出现,参考模型先于协议发明,不偏向特定协议;TCP/IP将IP作为重要层次。

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         4.结构对比

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(4)ISO/OSI 参考模型

         1.结构

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         记忆:物联网叔会使用(物链网输会示用)

        2.通信过程解释

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        3.数据封装过程

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          4.各层解释

           (1)应用层:所有能和用户交互产生网络流量的程序

                   判定标准:是否需要联网 ;传输单位报文

           (2)表示层:处理两个通信系统交换信息的表示方式(语法,语义);

                    功能:数据格式转换,数据加密解密,数据的压缩和恢复。

           (3)会话层:向表现层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据

                            (建立同步

                    功能:管理主机间的会话进程,包括建立,管理,终止进程会话;使用校验点使会话在通信失效时从校验点继续回复通信,实现数据的同步。

           (4)传输层:负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信

                    传输单位:报文段或用户数据段

                    功能:提供可靠/不可靠传输;差错控制;流量控制;复用分用。

           (5)网络层:把分组从源端传送到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。

                    传输单位:数据报

                    功能:对分组进行路由选择(最佳路径),实现流量控制,差错控制,拥塞控制

                    主要协议:IP,IPX,  ICMP,  IGMP,  ARP,  RARP,  OSPF

           (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:帧

                    功能:成帧(定义帧的开始和结束),差错控制(帧错+位错),流量控制(发送方发送速度和接收方接收速度之间进行协调),控制对信道的访问

           (7)物理层:在物理媒体上实现比特流的透明传输

                     传输单位:比特

                     功能:定义接口特性,定义传输模式(单工,半双工,双工),定义传输速率,比特同步,比特编码

                     主要协议:Rj45,  802.3

(5)TCP/IP模型

1.结构

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(6)5层参考模型

          1.结构

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            2.数据封装与解封装

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