计算机网络学习笔记NO.1 计算机网络概述

第一节计算机网络概念

1.1.1组成·功能·分类

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

「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

「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

「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

“「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）
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。

「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

$信道利用率=frac{有数据通过时间}{（有无）数据通过时间}$
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：

发起通信的计算机必须将通信的通路进行「激活」。
要告诉网络如何识别目的主机。
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。

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

「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」。
「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
「接口（访问服务点SAP）」：上层使用下层服务的入口。
「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：

「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：

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

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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