第一章 计算机网络体系结构

    xiaoxiao2025-03-21  29

    第一章 计算机网络体系结构

    1.1 概念

    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与信息传递的系统

    计算机网络是互连的、自治的

    1.2 组成

    组成部分:硬件、软件、协议

    工作方式:[1]、边缘部分用户直接使用(C/S方式、P2P方式)[2]、核心部分:为边缘部分服务

    协议组成:通信子网:实现数据通信;资源子网:实现资源共享/数据处理

    1.3 功能

    数据通信

    资源共享

    分布式处理:多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分

    提高可靠性

    负载均衡

    1.4 分类

    按分布范围:广域网(WAN)、城域网(MAN)、个人区域网(PAN)

    按使用者:公用网、专用网

    按交换技术:电路交换、报文交换、分组交换

    按拓扑结构:总线型、星型、环型、网状型

    按传输技术: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

    1.5 性能指标

    1.5.1 速率

    速率(数据率或数据传输率或比特率):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,单位为b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s

    1.5.2 带宽

    1、“带宽“原本指某个信号其有的频带宽度,即最高频率与最低频率之差,单位是赫兹(Hz)

    2、计算机网络中,带宽用来表示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的某一点到另一点所能通过的“最高数据率“,单位是“比特每秒”,b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s

    1.5.3 吞吐量

    表示在单位时间通过某个网络(或信道或接口)的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

    1.5.4 时延

    指数据(报文/分组/比特流)从网络(或链路)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:从发送分组的第一个比特算起,到分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

    传播时延:取决电磁波传播速度和链路长度。

    排队时延:等待输出/输入链路的时间

    处理时延:检错/找出口所需时间

    1.5.5 时延带宽积

    时延带宽积 = 传播时延 x 带宽,又称为以比特位单位的链路长度

    1.5.6 往返时间RTT

    从发送方发送数据开始,到发送方接收到接收方的确认总共经历的时延。

    1.5.7 利用率

    信道利用率 = 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

    1.6 计算机网络分层结构

    1.6.1 OSI参考模型

    1、应用层:所有能和用户交互产生网络流量的程序,文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP)、万维网(HTTP/HTTPS)

    2、表示层:用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式(语法与语义),主要协议:JPEG、ASCII。其功能为[1]、数据格式变换;[2]、数据加密解密;[3]、数据压缩和恢复

    3、会话层:向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。**建立同步(SYN)。其功能:[1]、建立、管理、终止会话;[2]、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。**主要协议:ADSP、ASP

    4、传输层:负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。**其功能:[1]、可靠传输、不可靠传输;[2]、差错控制;[3]流量控制;[4]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相应的进程。主要协议:TCP、UDP

    5、网络层: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。**其功能:[1]、路由选择;[2]、流量控制;[3]、差错控制;[4]、拥塞控制。**主要协议:IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF。

    6、数据链路层:主要任务是把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。**其功能:[1]、成帧(定义帧的开始和结束);[2]、差错控制(帧错+位错);[3]、流量控制;[4]、访问(接入)控制,控制对信道的访问。**主要协议:SDLC、HDLC、PPP、STP

    7、物理层:主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。网络层的传输单位是比特。**其功能:[1]、定义接口特性;[2]、定义传输模式(单工、半双工、双工);[3]、定义传输速率;[4]、比特同步;[5]、比特编码。**主要协议:Rj45、802.3

    1.6.2 TCP/IP参考模型

    1.6.3 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的相同点

    1、都分层

    2、基于独立的协议栈的概念

    3、可以实现异构网络互联

    1.6.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的不同点

    OSI定义三点:服务、协议、接口

    OSI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。

    4、ISO/OSI参考模型在传输层是面向连接的,网络层是无连接和面向连接;而TCP/IP模型在传输层是无连接和面向连接的,网络层是无连接的。

    面向连接:1、建立连接,在此阶段,发出一个建立连接的请求;2、传输数据,只有连接成功后才能开始数据传输;3、释放连接,当数据传输完毕,必须释放连接。

    无连接:直接进行数据传输。

    1.6.5 五层参考模型

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