1计算机网络概论及体系结构与参考模型

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参考书:王道计算机。思维导图是以我期末复习准备的,所以有些不会考的点只是提了名字,没有具体介绍。


1.计算机网络概述

概念

计算机网络是一些互联的,自治的计算机系统的集合

组成

按组成部分分

  • 硬件
  • 软件
  • 协议(核心)
    • 规定了网络传输数据时所遵循的规范

按工作方式分

  • 边缘部分
    • 用户直接使用的主机组成
      • C/S方式
      • P2P方式
  • 核心部分
    • 大量的网络和连接这些网络的路由器

按功能组成分

  • 资源共享-资源子网
    • 应用层
    • 表示层
    • 会话层
  • 数据通信-通信子网
    • 网络层
      • 路由器
    • 数据链路层
      • 交换机,网桥
    • 物理层
      • 集线器,中继器

功能

数据通信

  • 最基本和最重要的功能

资源共享

  • 软件共享
  • 硬件共享
  • 数据共享

分布式处理

提高可靠性

  • 计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机

负载均衡

  • 将工作任务均衡的分配给计算机网络中的各台计算机

分类

按分布范围分

  • 广域网WAN
  • 城域网MAN
  • 局域网LAN
  • 个人局域网PAN

按传输技术分

  • 广播式网络
    • 所有联网计算机共享一个公共通信信道
      • 局域网
      • 广域网中的无线,卫星通信网络
  • 点对点网络
    • 采用分组存储转发与路由选择机制
      • 大部分广域网

按拓扑结构分

  • 星形网络
    • 便于集中控制和管理
    • 成本高,中心节点对故障敏感
  • 总线形网络
    • 建网容易,增减节点方便,节省线路
    • 重负载时通信效率不高,总线任意一处对故障敏感
  • 环形网络
    • 环中信号是单向传输的
  • 网状形网络
    • 可靠性高
    • 控制复杂,线路成本高

按使用者分

  • 公用网Public Network
  • 专用网Private Network

按交换技术分

  • 电路交换网络
    • 传统电话网络
      • 数据直接传送,时延小
      • 线路利用率低
  • 报文交换网络
    • 可以较为充分的利用线路容量,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。
    • 增大了资源开销,增大了缓冲时延
  • 分组交换网络
    • 具备报文交换网络的优点,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

按传输介质分

  • 有线网络
  • 无线网络

性能指标

带宽Bandwidth

  • 网络的通信线路所能传输数据的能力,单位:比特/秒bit/s

时延Delay

  • 发送时延(传输时延)=分组长度/信道宽度
    • 结点将分组的所有比特推向(传输)链路的时间。也称传输时延。
  • 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率
    • 一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间
  • 处理时延
    • 数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间
  • 排队时延
    • 分组在进入路由器后要现在输入队列中排队等待处理
  • 时延带宽积=传播时延x信道带宽
    • 发送端连续发送数据且发送的第一个比特即将到达终点时,发送端已经发出的比特数
  • 往返时延Round-Trip Time,RTT
    • 从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接受端的确认,总共经历的延时
  • 吞吐量Throughout
    • 单位时间内通过某个网络的数据量
  • 速率Speed
    • 连接到计算机网络上的主机在数字信道上的传送数据的速率,也称数据率或比特率。在通常把最高数据率称为带宽。

体系结构与参考模型

OSI参考模型

  • 应用层
    • 指所有能和用户交互产生网络流量的程序
    • 常用的协议
      • 用于文件传送的FTP
      • 用于电子邮件的SMTP
      • 用于万维网的HTTP
  • 表示层
    • 主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式
    • 功能
      • 数据格式转换
      • 数据加密解密
      • 数据压缩和恢复
  • 会话层
    • 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,也称建立同步(SYN)
    • 功能
      • 建立、管理及终止进程间的会话
      • 可以使用校验点使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信,实现数据同步
  • 传输层
    • 传输单位是报文段(TCP)或用户数据报(UDP),负责主机中两个进程之间的通信
    • 功能
      • 可靠传输、不可靠传输
        • 可靠传输有纠错、检错等机制,能保证数据正确、可靠的传送到目的地
        • 不可靠传输不能保证、只是尽可能的正确可靠的传送数据
      • 差错控制
      • 流量控制
      • 复用分用
        • 复用是指多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务
        • 分用是指传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程
    • 协议
      • TCP
      • UDP
  • 网络层
    • 传输单位是数据报,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
    • 功能
      • 路由选择
      • 流量控制
      • 拥塞控制
        • 网络中的所有结点都处于来不及接收分组而要丢弃大量分组的情况下,就处于拥塞状态,拥塞状态使得网络中的两个结点无法正常通信。拥塞控制就是采取一定的措施来缓解这种拥塞
      • 差错控制
  • 数据链路层
    • 传输单位是帧,任务是将来自网络层传来的IP数据报组装成帧
    • 功能
      • 成帧
        • 定义帧的开始和结束
      • 差错控制
        • 帧错+位错
      • 流量控制
        • 平衡接收点和发送点的速率
      • 访问(接入)控制
        • 控制对共享信道的访问–介质访问子层
  • 物理层
    • 传输单位是比特,任务是透明的传输比特流
      • 透明传输: 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
      • 定义接口特性
      • 定义传输模式
        • 单工
          • 只有一个方向的通信而没有反方向的交互,仅需要一条信道
        • 半双工
          • 通信的双方都可以发送或接收信息,但任何一方都不能同时发送和接收信息,此时需要两条信道
        • 双工
          • 通信双方可以同时发送和接收信息,需要两条信道
      • 定义传输速率
      • 比特同步
      • 比特编码

TCP/IP模型

  • 应用层
    • HTTP. SMTP.
    • DNS. FTP
  • 传输层
    • TCP
      • 传输控制协议。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
    • UDP
      • 用户数据报协议。它是无连接的,数据传输的单位是用户数据报,不提供可靠的交付,只能提供“尽最大努力交付”
  • 网际层
    • IP
  • 网络接口层

五层参考模型

  • 应用层
    • 支持各种网络应用
      • 报文
  • 传输层
    • 进程-进程的数据传输
      • 报文段
  • 网络层
    • 源主机到目的主机的数据分组路由与转换
      • 数据段
  • 数据链路层
    • 把网络层传下来的数据组装成帧
  • 物理层
    • 比特传输
      • 比特

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