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
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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。传输单位是帧
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