计算机网络知识点——第一章

2023-11-13

基本概念

一、计算机网络的概念

        计算机网络 是 互连、自治的计算机集合。

        是将一个分散且具有独立功能的 计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由软件实现资源共享和信息传递的系统。

二、计算机网络的功能

1.数据通信(连通性)

2.资源共享

        硬件:通过网络共享使用打印机或其他硬件设备

        软件:不需要下载到本地便可使用软件

        数据

3.分布式处理

        多台计算机各自承担同一工作的不同部分,如Hadoop

4.提高可靠性

        例如,当网络中一台主机出现故障时,可以通过另外的链路进行与目的主机的通信

5.负载均衡

......

三、计算机网络的组成

1.组成部分

硬件、软件、协议:一系列规则和约定的集合

2.工作方式

1)边缘部分——用户直接使用的部分

        C/S方式:客户端/服务器方式

        P2P方式

2)核心部分

        为边缘部分服务

3.功能组成

1)通信子网:实现数据共享

        通信子网由各种传输介质、通信设备和相应网络协议组成。包括物理层、数据链路层和网络层

2)资源子网:实现资源共享或数据处理

        实现资源共享功能的设备和软件的集合,主要为应用层

三、计算机网络的分类

1.按分布范围分

        广域网(WAN):国际间

        城域网(MAN):城际

        局域网(WAN):跨度在1km左右

        个人区域网(PAN)

2.按照使用者来分

        公用网:如中国电信,中国移动等

        专用网:政府、军队内网等

3.按照交换技术分

        电路交换

        报文交换

        分组交换

4.按照拓扑结构

        总线型

        星型

        环形

        网状型

5.按照传输技术

        广播式网络:共享公共通信信道

        点对点网络

标准化工作

1.法定标准

        由权威机构制定,正式合法的标准。如OSI

2.事实标准

        某些公司在竞争中占据了主流,一段时间后该公司的一些产品中的协议和技术成为了标准。如TCP/IP协议

3.RFC(Request For Comments)

RFC要上升成为因特网正式标准需要四个阶段

        1)因特网草案

        2)建议标准:从此阶段开始成为RFC文档

        3)草案标准   2011年起取消

        4)因特网标准

4.标准化工作的相关组织

        ISO:国际标准化组织

        ITU:国际电信联盟

        IEEE:电气电子工程师学会——IEEE802系列标准,5G

        IETF:Internet工程任务组 负责制定因特网相关标准的制定——RFCXXXX

速率相关性能指标

一、速率

        速率:数据率、数据传输率、比特率——1或0;指的是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。(每单位时间内传送多少个0或者1)

        单位:b/s, Kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s

        *速率相邻单位之间转换为10³,存储容量则为2^10.

二、带宽

        1.原本意思为某个信号具有的频带宽度

        2.计算机网络中,带宽指的是网络通信线路传送数据的能力。即网络所支持设备的最高速度,“最高数据率”(最快 每单位时间 向链路发送 多少bit的数据),

        是关于发送端的指标

        单位是比特每秒(数据率)

        例如:链路带宽为1Mb/s,则主机可以最快每1us向链路发送1bit数据

        此时会再加上信号在介质内的传播速度进行考查

三、吞吐量

        单位时间内  通过某个网络(信道、接口)的数据量

        单位为比特每秒

        吞吐量受到 带宽 或者 网络额定速率 的限制 

四、时延

        数据报(分组、报文、比特流)  从网络/链路一段传送到另一端的时间,单位是秒

        1.发送时延(传输时延)

                从 发送分组的 第一个比特起, 到 该分组最后一个比特发送完毕  所需的时间(所有数据进入链路的时间)

                 

                高速链路指的是发送时延低的链路

               

        2.传播时延

                取决于 电磁波传播速度链路长度 

        3.排队时延

                等待 输出 / 输入链路 可用的 等待时间

        4.处理时延

                检错、找到出口所用的时间

五、时延带宽积

        时延带宽积 = 传播时延*带宽,又称为 以比特位单位的链路长度

        即“某段链路现在有多少比特”(容量)

        # 带宽 即链路支持的最大发送速率,时延带宽积即传播了多长的时间*发送速率(带宽)

六、往返时延RTT

        从  发送方发送数据开始,到  发送方接到接收方的确认(立即确认)  总共经历的时间

        RTT包括:

                1.传播时延*2——往返传播时延

                2.末端(接收方)处理时间

        RTT无关发送时延

七、利用率

        1.信道利用率

         2.信道利用率

                信道利用率的加权平均值

分层结构、协议、接口与服务

一、分层相关概念

        1.通过网络分层解决的问题

                发起通信的计算机  将数据通路  激活

                告诉网络 如何识别 目的主机

                发起通信的计算机  需查明:目的主机是否开机,是否与网络连接正常

                发起通信的计算机  需确认:对方计算机的文件管理程序是否做好准备

                确保错误和意外可被处理

                ......

        2.分层过程

 

         3.具体概念

                a.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

                b.协议——为进行对等实体的数据交换而建立的 规则、标准或约定

                c.接口(访问服务点SAP)——上层使用下层服务 的 入口

                d.服务——下层为相邻上层提供的功能

        SDU:服务数据单元——为了完成用户要求的功能而传送的数据(用户使用部分)

        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

        4.总结

        

二、分层结构

        1.OSI 7层参考模型

                 a.应用层:用户与网络的界面——所有能和用户交互产生网络流量的程序

                        典型应用层服务:文件传输协议(FTP)、电子邮件(SMTP)、万维网(HTTP)

                b.表示层:用于处理  在两个通信系统中  交换的信息的表示方式

                        功能一:数据 格式变换(例如将比特流转换为图片格式文件)

                        功能二:数据 加密解密

                        功能三:数据 压缩和恢复

                c.会话层:向 表示层  实体或用户进程提供建立连接,并在连接上有序的传输数据(会话/建立同步)

                        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 从校验点恢复通信——适用于传输大文件

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

                d.传输层:负责主机中 两个进程的通信,即端到端的通信。单位是报文段/用户数据报

                         功能一:可靠传输——需要相互确认(TCP/IP)/不可靠传输——直接发送(UDP)

                        功能二:差错控制

                        功能三:流量控制——发送与接受速度匹配

                        功能四:复用(多应用层 同时使用 运输层服务)/分用(运输层 将收到的信息 分别交付给  应用层中相应进程)

                e.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。单位是数据报

                        功能一:路由选择

                        功能二:流量控制——协调发送端与接收端速度问题

                        功能三:差错控制——奇偶校验

                        功能四:拥塞控制(所有结点都来不及接受新分组而不得不丢弃,网络便处于拥塞状态)

                f.数据链路层:把网络层传下来的数据报封装成帧。传输单位是

                        功能一:封装成帧(定义帧的开始与结束)

                        功能二:差错控制——帧错+位错

                        功能三:流量控制

                        功能四:访问控制——控制对信道的访问

                g.物理层:在物理媒体上实现 比特流的透明传输

                        透明传输:不管数据是什么样的比特组合,都能够在链路上传送

                        功能一:定义接口特性

                        功能二:定义传输模式(单工——单方向、半双工——双方向单方、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(什么样的电压表示1和0)

        2.OSI参考模型 与 TCP/IP参考模型

                 相同点:

                        都分层

                        基于独立协议栈的概念

                        可以实现异构网络的互联

                不同点:

        OSI:额外定义了三点:服务、协议、接口

                  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的互联问题,将IP作为重要层次

        ※面向连接:分为三阶段——一是建立连接,此阶段会发出建立连接的请求;成功之后会进入第二阶段,进行数据的传递;第三阶段为连接的释放

            无连接:直接进行数据传输

        3.五层参考模型

 

 

 

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