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第一节 计算机网络概念
1.1.1组成·功能·分类
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网络包含计算机网络 -
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。 -
计算机网络是 「互连」的,自治的计算机集合。
❝互连-互联互通 通信链路自治-无主从关系
❞
计算机网络的功能
1.数据通信(连通性)2.资源共享 (硬件 软件 数据)3.分布式处理 多台计算机各自承担统一工作任务的不同部分4.提高可靠性
计算机网络的组成
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「组成部分」硬件,软件,协议 -
「工作方式」
部分 | 使用 |
---|---|
边缘部分 | 用户直接使用-c/s方式,p2p方式 |
核心部分 | 为边缘部分服务 |
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「功能组成」
子网 | 功能 |
---|---|
通信子网 | 实现「数据通信」 |
资源子网 | 实现「资源共享」、数据处理 |
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「计算机网络的分类」
范围 | |
---|---|
分布范围 | 广域网WAN 城域网MAN 局域网WAN 个人区域网PAN |
使用者 | 共用网·专用网 |
交换技术 | 电路交换 报文交换 分组交换 |
拓扑结构 | 总线型·星型·环形·网状型(广域网) |
传输技术 | 广播式网络·共享公共通信信道,点对点网络·使用「分组存储转发」和「路由选择机制」 |
1.1.2标准化工作及相关组织
标准化工作
标准 | 说明 | |
---|---|---|
法定标准 | 由权威机构指定的正式的合法的标准 | 「OSI」 |
事实标准 | 某些公司的产品在竞争中占据了主流,时间长了这些产品的协议和技术成了标准 | TCP、IP |
「RFC」-因特网标准形式:
RFC要上升为因特网正式标准的「四个阶段」:1)「因特网草案」(Internet Draft)这个阶段还不是RFC文档。2)「建议标准」( Proposed Standard)从这个阶段开始成为RFC文档。3)「草案标准」(Draft Standard)4)「因特网标准」( Internet Standard )
标准化相关组织
组织 | 职责 |
---|---|
国际标准化组织iso | OSI参考模型、HDLC协议 |
国际电信联盟ITU | 制定通信规则 |
国际电气电子工程师协会IEEE | 学术机构 ·IEEE802系列标准·5G |
Internet工程任务组IETF | 负责因特网相关标准的制定「RFC」 |
1.1.3速率相关的性能指标
速率
速率既「比特率」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」和「速率」
单位:「b/s、kb/s、mb/s、gb/s、tb/s」
速率 | 存储容量 |
---|---|
千1kb/s=10^3^b/s | 1KB=2^10^B=1024B=1024 * 8b |
兆1Mb/s=10^3^kb/s= 10^9^b/s | 1MB= 2^10^KB=1024KB |
吉1Gb/s=10^3^Mb/s= 10^6^kb/s=10^9^b/s | 1 GB=2^10^MB=1024MB |
太1Tb/s=10^3^Gb/s=10^6^Mb/s=10^9^kb/s=10^12^b/s | 1TB= 2^10^GB= 1024GB |
带宽
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“「带宽」”原本指某个信号具有的频带宽度,既最高频率与最低频率之差,单位是赫兹(HZ)
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计算机网络中,「带宽」用来表达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外一点所能通过的“「最高数据率」”。单位是“比特每秒”,b/s,kb/s,mb/s,gb/s
「网络设备所支持的最高速度」
列如:链路带宽=1Mb/s 主机在1us内可向链路发1bit数据
吞吐量
定义:表示在单位时间内通过某个网络(或者信道、接口)的数据量
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
1.1.4时延、时延带宽积、RTT和利用率
时延
定义:指数据从网络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。
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「发送时延(传输时延)」: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(=数据长度/信道带宽(发送速率)) -
「传播时延」:取决于电磁波传播速度和链路长度(=信道长度/电磁波在信道上的传播速率) -
「排队时延」:等待输出/入链路可用 -
「处理时延」:检错、找出口
时延带宽积
定义:时延带宽积(bit)=传播时延(s)X带宽(b/s)
又称为以==「比特为单位的链路长度」==,既是“「某段链路现在有多少比特」”
往返时延RTT
「从发送方发送数据开始到发送方收到接收方的确认」(接收方收到数据后立即发送确认),「总共经历的时延」。
「RTT越大,在收到确认之前,可以发送的数据越多。」
RTT包括:「往返传播时延=传播时延*2」 , 「以及末端处理时间」。
利用率
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-
网络利用率-信道利用率加权平均值
第二节 体系结构与参考模型
1.2.1 分层结构、协议、接口、服务
为什么要分层?
发送文件前要完成的工作:
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发起通信的计算机必须将通信的通路进行「激活」。
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要告诉网络如何识别目的主机。
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发起通信的计算机要查明目的的主机是否开机,并且与网络正常。
-
发起通信的计算机要弄清楚,对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
-
确保差错和意外可以解决。
……
怎么分层?
「任务」:82年的拉菲邮寄给对方。
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各层之间相互 「独立」,每层只实现一种相对独立的功能。 -
每层之间 「界面自然清晰」,易于理解,相互交流尽可能少。 -
结构上可分割开.每层都采用 「最合适的技术」来实现。 -
保持 「下层」对 「上层」的独立性, 「上层单向使用下层提供的服务」。 -
整个分层结构应该能促进标准化工作。
正式认识分层结构
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「实体」:第n层中的活动元素称为「n层实体」。同一层实体叫做「对等实体」。
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「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】
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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
-
-
「接口(访问服务点SAP)」:上层使用下层服务的入口。
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「服务」:下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】
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。
PCI协议控制信息:控制协议操作的信息。
PDU协议数据单元:对等层次之间传送的数据单位。
概念总结
网络体系结构是从「功能」上描述计算机网络结构。
计算机网络体系结构简称网络体系结构是「分层结构」。
每层遵循某个/些「网络协议」以完成本层功能。
「计算机网络体系结构」是计算机网络的「各层及其协议」的集合。
第n层在向n+1层提供服务时,此服务不仅包含第n层本身的功能,还包含由下层服务提供的功能。
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。
体系结构是「抽象」的,而实现是指能运行的一些软件和硬件。
1.2.2 ❤OSI参考模型
计算机网络分层结构:
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「7层」OSI参考模型 法定标准 -
「4层」TCP、IP参考模型 事实标准
ISO/OSI参考模型——怎么来的?
为了解决计算机网络复杂的大问题——分层结构(「按功能」)
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。
「注:理论成功,市场失败。」
ISO/OSI参考模型
OSI层 | 层数 | 作用 |
---|---|---|
应用层 | 7 | | DATA加上头部控制信息 |
表示层 | 6 |资源子网(数据处理) | 7----PDU |
会话层 | 5 _| | 6-------PDU |
传输层 | 4 | 5----------PDU |
网络层 | 3 | | 4------------PDU |
数据链路层 | 2 |通信子网(数据通信) | T2--3---------------PDU |
物理层 | 1 _| | 010100011111000…… |
顺口溜:「物联网淑惠试用」。
每层完成特定功能
ISO/OSI参考模型解释通信过程
应用层
定义:所有能和用户交互产生网络流量的程序
典型应用层服务:
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文件传输(FTP)
-
电子邮件(SMTP)
-
万维网(HTTP)
……
表示层
定义:用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式(语义和语法)
「功能一:数据格式交换 翻译官」
「功能二:数据加密解密」
「功能三:数据压缩和恢复」
会话层
定义:向表示层实体/用户进程提供「建立链接」并在连接上「有序」地「传输」数据。
这是会话,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。(适用于传输大文件)」
传输层
定义:负责主机中「两个进程」的通信,即「端到端」的通信。传输单位是报文段或用户数据报
「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。
主要协议:TCP、UDP
❞
顺口溜:可差的也能留用?
网络层
定义: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」。
「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」
❝若所有节点都来不及接受分组,而要丢弃大量分组的话,网络就处于「拥塞」状态,因此要采取一定措施,缓解这种拥塞
❞
主要协议:IP/IPX/ICMP/IGMP/ARP/RARP/OSPF
数据链路层
定义:主要任务是吧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」.
「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」
主要协议:
SDLC/HDLC/PPP/STP
物理层
定义: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」。
「透明传输」:指的是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」
1.2.3 TCP、IP参考模型和5层参考模型
OSI参考模型与TCP/IP参考模型
OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点
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都分层 -
基于独立的协议栈的概念 -
可以实现异构网络互联
OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点
-
0SI定义三点:服务、协议、接口
-
0SI先出现,参考模型先于协议发明,不偏向特定协议
-
TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题,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 |
「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。
五层参考模型
「结合了OSI和TCP/IP的优点」
5层参考模型的数据封装与解封装
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