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）

（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

                                               发送——传播——排队——处理

           

             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） 
 

              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。

               7.利用率：

                    与时延的关系：

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：

         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:

          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。

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。

         4.结构对比

（4）ISO/OSI 参考模型

         1.结构

         记忆：物联网叔会使用（物链网输会示用）

        2.通信过程解释

        3.数据封装过程

           

          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

（6）5层参考模型

          1.结构

            2.数据封装与解封装