『计算机网络』计算机网络体系结构

1. 计算机网络的分类

1.1 按分布范围分类

• 广域网（WAN）

  长距离通信，覆盖范围通常几十千米到几千千米的区域

• 城域网（MAN）

  覆盖范围可以跨越几个街区甚至整个城市，覆盖范围约为 5~50 km

  城域网大多采用以太网技术

• 局域网（LAN）

  一般使用微机或工作站通过高速线路相连，覆盖范围通常为几十米到几千米的区域

  局域网中计算机配置的数量没有太多的限制

  传统上，局域网使用广播技术，广域网使用交换技术

• 个人区域网（PAN）

  指在个人工作的地方将消费电子设备（如平板、智能手机等）用无线技术连起来的网络，覆盖直径约 10 m

1.2 按传输技术分类

• 广播式网络

  所有联网的计算机共享一个公共的通信信道。

  当一台计算机利用共享通信信道发送报文分组时，所有其他的计算机都会“收听”到这个分组。接收到该分组的计算机将通过检查目的地址来决定是否接收该分组。

  局域网基本上都采用广播式通信技术，广域网中的无线、卫星通信网络也采用广播式通信技术。

• 点对点网络

  每条物理线路连接一对计算机，如果没有直接线路，则会通过之间结点接收、存储和转发，直至目的结点

1.3 按拓扑结构分类

网络拓扑结构是指由网中结点（路由器、主机等）与通信线路（网线）之间的几何关系（如总线型、环型）表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构

• 总线型网络

用单根传输线把计算机连接起来

优点是建网容易、增减结点方便、节省线路

缺点是重负载时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感

• 星型网络

  

  每个终端或计算机都以单独的线路与中央设备相连，一般中央设备是交换机或路由器

  优点是便于集中控制与管理

  缺点是成本高、中心结点对故障敏感

• 环型网络

  

  所有计算机接口设备连接成一个环，最典型的例子是令牌环局域网

  环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的

• 网状型

  

  一般情况下，每个节点至少有两条路径与其他结点相连，多用在广域网中，有规则型和非规则型两种

  优点是可靠性高

  缺点是控制复杂、线路成本高

1.4 按交换技术分类

交换技术是指各台主机之间、各通信设备之间或主机与通信设备之间为交换信息所采用的数据格式和交换装置的方式。

• 电路交换网络

  在源结点和目的结点之间建立一条专用的通路用于传送数据，包括建立连接、传输数据和断开连接三个阶段，最典型的电路交换网是传统电话网络

  该类网络的主要特点是整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像是在一条管道中传送

  优点是数据直接传送、时延小

  缺点是线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制

• 报文交换网络

  用户数据加上源地址、目的地址、校验码等辅助信息，然后封装成报文

  整个报文传送到相邻结点，全部存储后，再转发给下一结点，重复这一过程直到到达目的结点

  每个报文可以单独选择到达目的的3·结点路径

  优点是可以较为充分地利用线路容量，可以实现不同链路之间不同数据率的转换，可以实现格式转换，可以实现一对多、多对一的访问，可以实现差错控制

  缺点是增大了资源开销，增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱序，缓冲区难以管理

• 分组交换网络

  将数据分成较短的固定程度数据块，在每个数据块中加上目的地址、源地址等辅助信息组成分组（包），以存储转发方式传输

  其主要特点是单个分组（它只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储后查找转发表，转发到下一个结点。

  除具备报文交换网络的优点外，还具有自身的优点：缓冲易于管理；包的平均时延更小，网络占用的平均缓冲区更少；更易于标准化；更适合应用

  现在的主流网络基本上都可视作分组交换网络

2. OSI 参考模型

• 物理层

  传输单位是比特，任务是透明的传输比特流

  物理层主要定义数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）的物理与逻辑连接方法

  物理层规定了电路接口（如机械硬盘尺寸、网线接口等）以及通信链路上传输的信号的意义和电气特征（比如规定信号A代表数字0，传输信号A只要发送数字0就可以了）

• 数据链路层

  传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧

  数据链路层的功能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等

• 网络层

  传输单位是数据报，它关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的协议数据单元（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

  关键问题是对分组进行路由选择

• 传输层

  传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP），传输层负责主机中两个进程的通信，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务

• 会话层

  会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话

  会话层利用传输层提供的端到端的服务，向表示层提供它的增值服务，这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话

• 表示层

  表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式

• 应用层

  应用层为特定类型的网络应用提供访问 OSI 环境的手段

  应用层采用不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，如HTTP、FTP、SMTP等

3. TCP/IP 模型

TCP/IP模型将OSI参考模型简化为四层，其各层主要协议如下所示：

• 传输控制协议（TCP）

  它是面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付

• 用户数据报协议（UDP）

  它是无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”