1.1 计算机网络体系概述

1.1.1 计算机网络的概念

无

1.1.2 计算机网络的组成

1.从组成成分上看

  1. 硬件
    1. 主机
    2. 通信链路(双绞线,光纤)
    3. 交换设备(路由器,交换机)
  2. 软件(主要在应用层)
  3. 协议
    1. 语法:用来规定信息格式;数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
    2. 语义:控制信息每个部分的含义。发出何种控制信息,发出何种动作,发出何种响应。
    3. 规则:(时序)定义了何时进行通信,先讲什么,后讲什么,讲话的速度等。 比如是采用同步传输还是异步传输。

2.从工作方式上看
第一章 计算机网络体系结构 - 图1

  1. 边缘部分
    1. 实体:主机
    2. 作用:通信和资源共享
  2. 核心部分
    1. 实体:网络和路由器
    2. 作用:连通信和交换服务

3.从功能上看

  1. 通信子网
    1. 组成
      1. 传输介质
      2. 通信设备
      3. 网络协议
    2. 作用
      1. 数据传输
      2. 数据交换
      3. 数据控制
      4. 数据存储
  2. 资源子网:资源共享功能的设备和软件的集合

1.1.3 计算机网络的功能

1.数据通信
最基本,最重要

2.资源共享

  1. 软件共享
  2. 数据共享
  3. 硬件共享

3.分布式处理
利用空闲计算机资源提高整个系统的利用率

4.提高可靠性
5.负载均衡

1.1.4 计算机网络的分类

1.按分布范围

  1. 广域网(WAN)
    1. 因特网的核心部分
    2. 使用高速链路和大通信容量
    3. 大部分采用交换技术;无线和卫星采用广播方式
    4. PPP 协议是广域网的典型子协议
  2. 城域网(MAN):采用以太网技术
  3. 局域网(PAN):采用广播技术。
    1. 考点 广播式网络是局域网的一种,局域网是工作在数据链路层,故不需要网络层
    2. 对 a 补充,网络层最重要的是路由和分组,其中路由就是选择线路,比如成都到北京,有很多线路可以选择,路由就通过不同的路由协议,选择符合场景的线路。而局域网,就是范围很小的网络,比如你们家就是一个局域网,在类比,你们家那么大的地方,从卧室到厨房需要路由选择线路吗,肯定是不需要的。
  4. 个域网(PAN)

2.按传输技术

  1. 广播式网络
    1. 共享一个通信信道
    2. 所有计算机监听分组,通过目的地址决定是否接收
  2. 点对点网络

3.按拓扑结构

  1. 星形(局域网)
    1. 中央设备是交换机
    2. 优点:便于控制和管理
    3. 缺点:中央结点故障敏感

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  1. 总线型(局域网)
    1. 优点:容易建网和增减网络容量
    2. 缺点
      1. 故障敏感
      2. 重负载效率低

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  1. 环型(局域网)
    1. 所有计算机接口连成环
    2. 令牌环局域网

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  1. 网状网络
    1. 每个节点至少有两个路径与其他节点连接
    2. 优点:可靠性高
    3. 缺点:控制复杂,成本高

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💡 因特网网络体系结构采用的是树形结构,具有单向依赖和层次性,可以良好扩充

4.按使用者

  1. 公共网络
  2. 专用网络

5.交换技术

  1. 电路交换(专用)
    1. 三个阶段:建立连接,传输数据,断开连接
    2. 适用场景:传统电话网
    3. 优点:直接传送,时延小(不存在存储转发时延),有序传输
    4. 缺点:利用率低,不能进行差错控制
    5. 如果传送数据时间>>连接建立时间,且存在数据量大的传输,可以使用电路交换
  2. 报文交换
    1. 报文格式:源地址,目的地址,校验码,…
    2. 特点:整个报文传送到相邻结点,全部存储在转发
    3. 优点:充分利用线路,实现不同数据率的转发,可以进行差错控制
    4. 缺点:增大了资源开销,增加了时延
  3. 分组交换(包交换):(除了报文交换的优点)将大的报文分片成小的分组,更加易于管理;且时延比报文交换小

第一章 计算机网络体系结构 - 图6

6.按传输介质

  1. 有线网络
  2. 无线网络

1.1.5计算机网络的标准化工作及相关组织

无

1.1.6 计算机网络的性能指标

  1. 带宽
    1. 通信中表示信号的频带
    2. 网络通信线路传送数据的能力,最高链路数据率
    3. 单位:bit/s
  2. 时延
    1. 发送时延(传输时延):从结点到链路
      1. 从第一比特出发,到最后一个比特发出结束的时间
      2. 发送时延 = 第一章 计算机网络体系结构 - 图7

note

  1. 在计算发送时延的时候,如果遇上分组,那么一定是算分组后,也就是每个分组加上了控制信息后的长度作为总长度。
  2. 这里的信道宽度就是信道的带宽,也就是数据率
  3. 这里的分组长度是指整个分组的长度。如,报文总长 L,分组组成h位和p位的首部和数据部分,那么整个分组成都就是第一章 计算机网络体系结构 - 图8
  4. 《王道》P45 6 题目中一定要注意分别计算起点结点的发送时延(计算L),和中间结点的发送时延(计算的是p)
    1. 传播时延:在链路上
      1. 从 A 节点到 B 节点的时间
      2. 传播时延 = 第一章 计算机网络体系结构 - 图9
    2. 处理时延
    3. 排队时延
  5. 往返时延:包括了处理,排队和转发数据的**发送时延**
  6. 时延带宽积
    1. 第一个发出的比特到达终点时,发送端发送的比特数
    2. 第一章 计算机网络体系结构 - 图10
    3. 表示比特容量
  7. 吞吐量
    1. 单位时间通过的数据量
    2. 受网络带宽和网络额定速率的限制
  8. 速率
    1. 数据率(比特率)
    2. 最高数据率 = 带宽
  9. PS:高速链路是指数据发送速率快
  10. 信道利用率:指发送周期里,发送数据占用信道的时间。第一章 计算机网络体系结构 - 图11

note:

  1. 求时延,第一个总结点(主机)的发送时延+中间结点发送时延+最后一个分组(比特)传播时延

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1 计算机网络分层结构

  1. 网络的体系结构 = 各层及协议的集合
  2. 不同机器上的同一层:对等层
  3. 通信时,对等层逻辑上直连
  4. 同一层的实体,对等实体
  5. n 层(服务提供者)实体为 n+1 层提供服务
  6. 报文部分
    1. 服务数据单元(SDU-Service Data Unite):为完成用户需求的功能传送的数据
    2. 协议控制信息(PCI-Protocol Control Information):控制协议操作的信息
    3. 协议数据单元(PDU-Protocol Data Unite)

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  1. 1. 等于 SDU + PCI
  2. 1. 对等层之间传送的数据单位

第一章 计算机网络体系结构 - 图13
PS:n+1 层的 PDU = n 层的 SDU

  1. 网络分层的目的

    1. 提供标准语言
    2. 定义标准界面
    3. 增加功能独立性
    4. 降低网络设计的复杂性
    5. 便于对网络进行研究,实现和维护
  2. 服务访问点

    1. 物理层:网卡接口
    2. 数据链路层:MAC 地址
    3. 网络层:IP 地址
    4. 传输层:端口号
    5. 应用层:用户界面
  3. 分层的好处

    1. 各层独立
    2. 灵活
    3. 易于实现和维护
    4. 标准化

      1.2.2 计算机网络协议,接口和服务的概念

      1.协议
  4. 规则的集合

  5. 规定了交换数据的格式和步骤
  6. 协议是水平的,对等的
  7. 组成
    1. 语法:数据传递的数据结构和格式
    2. 语义:何种功能和控制信息,何种动作,何种响应
    3. 同步:顺序
  8. 接口
    1. 相邻两层交换信息的连接点
    2. 如,服务访问点,SAP
  9. 服务
    1. 服务是垂直的
    2. 服务原语
    3. 提供的服务
      1. 是否连接
        1. 连接
          1. 连接建立
          2. 数据传输
          3. 连接释放
        2. 无连接:尽最大努力交付
      2. 是否可靠:可靠又差错控制和重传等机制组成
      3. 有无应答:是否有响应

💡 服务与协议的关系:要实现本层的协议需要下层的服务,而实现了本层的协议确保了为上层提供服务

第一章 计算机网络体系结构 - 图14
PS:

  1. 有应答包含前四个,无应答只有前两个
  2. 实现本层协议需要下层提供服务
  3. image.png
  4. image.png

1.2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP 参考模型

1.ISO/OSI 参考模型
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各层实现的功能

物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层
单位 比特 帧 数据报 or 分组 报文段(TCP)
用户数据报(UDP)
报文 报文 报文
功能 1.接口参数
2.信号意义
3.电器特征
4.透明传输比特流
5.提供了电缆的定义
1.IP 数据报组装成帧(目的,源,控制信息)
2.差错控制(确保了数据的正确,顺序的无错,因为物理层存在外界噪声的干扰)
3.流量控制(协调两个点之间的发送,接收速率)
4.点到点通信
5.组帧(数据格式)
1.路由
2.流量控制:控制发送速率
3.差错控制
4.拥塞控制
1.端到端的进程通信
2.流量控制
3.差错控制
4.可靠性:面向连接
5.【拥塞控制】-4层结构
1.会话管理
2.同步,插入同步点。比如,用户在传输过程中,插入若干校验点,如果传输崩溃,就会回退到最近的检验点,而不需要重头开始传输
处理信息交换方式

具体来说,不同的机器采用了不同的编码模式,数据结构等,需要利用表示层在交换数据的时候进行转换,统一。

此外加密解密,数据压缩也是表示层做的事情
用户和网络的界面
其他 物理媒介(如,双绞线,光缆,无线信道等)是第0层 1.ppp协议,帧中继
2.点到点通信
3.广播式网络还要处理如何空指共享信道访问的问题,这个由其子层—介质访问子层实现
1.IP协议 1.TCP,UDP协议
1. 从实践来说几乎很少有应用程序使用了会话层
1. 常见的断点续传实际上是 http实现的

补充

  1. 会话层实现了管理和同步,支持断点重传
  2. 表示层实现了数据的加密,解密,格式的转换和压缩
  3. 传输层中的复用和分用是指,一台主机可以运行不同的程序。复用就是多个应用层程序可以使用同一个传输层的服务,分用相反

2.TCP/IP 模型
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各层主要的协议

  1. 网际层:IP
  2. 传输层
    1. TCP
    2. UDP

3.两大模型的比较
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TCP/IP 模型各层的功能
网络接口层 类似于 OSI 的物理层和数据链路层 指出主机必须使用某种协议与网络连接
网际层 将分组发往任何网络,独立选择路由,各分组有序到达由高层负责
传输层 使得发送端,目的端上的对等实体进行会话
应用层 包含所有高层协议
  1. 相似
    1. 分层结构
    2. 独立的协议栈
    3. 解决异构网络的互连
  2. 区别
    1. OSI 精确定义了服务,协议和接口
    2. OSI 的是否连接在网络层,TCP/IP 的是否连接在传输层

note

  1. 封装高层针对一下层,但物理层没有下一层,所以没有封装。
  2. 物理寻址是在数据链路层,因为其还是逻辑上的功能,物理层就是实实在在的物理功能
  3. 在 ISO/OSI 模型中,网络层提供面向连接和无连接的方式,而 TCP/IP 中,是传输层提供,这是易错点。