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- 序文
- 1. コンピュータネットワークの概要
- 2. コンピュータネットワークのアーキテクチャと参照モデル
- 第 1 章 知識のまとめ
序文
現在、第24回大学院入試の準備中ですが、コンピュータ王24問のうち408問で学んだ知識をまとめて整理してみます。
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コンピュータ ネットワークはどこにでもあり、次のような現実のネットワーク シナリオが数多くあります。
- RTT とは往復の通信遅延のことで、相手に一歩前に進むよう指示を出し、ゲームサーバーがその指示を受信して応答を返してくるときの遅延を RTT と呼びます。
- ブロックチェーン: すべての台帳は、クラウド上でもネットワーク経由でも誰でも見ることができます。
実際のコンピュータ ネットワーク アーキテクチャはレベルに基づいて分割されており、各レベルはいくつかの特定の機能を実装します。
この章全体のマインドマップは次のとおりです。
- 階層構造はクラスのようなもので、ISO/OSI (7 層) や TCP/IP モデル (4 層) などがあります。
実際、大学院入試には物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、アプリケーション層の5つの層があります。
1. コンピュータネットワークの概要
1.1. 概念と機能
1.1.1. コンピュータネットワークの概念
- 人体の神経回路網：多数の神経細胞から構成されるネットワークシステム。
- 電気通信ネットワーク: 電話回線とリンクによって接続されたメッシュ システム。
- ケーブル TV ネットワーク: 録画された番組は、ケーブルや光ケーブルを通じて数千の世帯に送信され、非常に大規模なメッシュ システムを形成します。
よく言われる 3 つのネットワークとは、上の図で丸で囲んだ電気通信ネットワーク、ケーブル TV ネットワーク、コンピュータ ネットワークのことです。
現在、これら 3 つのネットワークには、トリプル ネットワーク統合という非常に流行した名前が付けられています。これは、コンピューター ネットワークという非常に重要な媒体を通じて実現されます。
- 現在の社会は高度情報化社会であり、コンピュータネットワークにはデジタル技術が広く利用されています。すべてのメディア、テキスト、写真、ビデオなどを 0 または 1 のデジタル ビット ストリームに変換し、それを送信用のリンクに置くことで、異なるノード間の通信が実現できます。
電気通信網の音声信号をデジタル信号にエンコードし、ケーブルテレビ網の画像や音声をデジタル信号にエンコードしてリンクに乗せて伝送することで、コンピュータネットワークに依存することができます。ケーブルテレビ信号をデジタル信号に変換し、ネットワークと通信ネットワークを統合します。
現在、電力網を含む4 つの一般的なネットワークがあります。
- たとえば、街路灯: 街路灯を制御、管理、保守することは非常に重要です。通信ネットワーク、コンピューター ネットワーク、ケーブル TV ネットワークを組み合わせて、無線街路灯監視ソリューションを実装できます。このとき、誰かが道を盗んだ場合、アラーム情報は電子機器でリアルタイムに担当者に送信されます。
计算机网络：独立した機能を持った分散したコンピュータシステムを通信機器や回線で接続し、充実したソフトウェアにより資源の共有や情報伝達を実現するコンピュータシステムのこと。
- この回線は、無線または有線 (たとえば、WIFI などの LAN に接続) で論理接続を実現し、フル機能のソフトウェアを使用してリソースの共有と情報転送を実現できるため、論理回線です。
単にネットワーク接続を確立するだけではなく、各端末間のリソース共有や情報転送を実現するためのソフトウェアのサポートも必要です。
いくつかの用語の紹介:
- コンピュータ ネットワークは
互连的、自治コンピュータの集合です。 互连: 通信リンクを介した相互接続。自治：各ノード間に主従関係はなく、自律性が高い。
1.1.2. コンピュータネットワークの機能
機能1.データ通信
データ ファイルは 2 つのホスト間で転送できます。
機能2. リソース共有
同じコンピュータ ネットワーク上の他のコンピュータが、特定のコンピュータのコンピュータ リソースを使用し、ハードウェア、ソフトウェア、およびデータを共有する動作。
- ハードウェア共有: たとえば、ネットワーク プリンターの場合、プリンターをネットワークに接続し、プリンターに固定の静的 IP アドレスを設定すると、携帯電話がネットワーク経由でプリンターに接続できるようになります。これにより、全員がこのプリンターを共有できるようになります。
- ソフトウェア共有：例えば、あるコンピュータが別のコンピュータにリモートアクセスし、そのコンピュータを使って別のコンピュータにリモートアクセスし、もう一方のコンピュータでオフィスソフトを使用したり、絵を描いたりする際に、ソフトウェア資源の共有が実現されます。
- データ共有: たとえば、Baidu Wenku でのファイルのアップロードまたはダウンロードはデータの共有ですが、ネットワーク リソースの共有は必ずしも無料ではなく、料金がかかる場合もあります。
機能3. 分散処理
シナリオ: 1 台のコンピュータが過負荷になった場合、複数のコンピュータを使用して同じ作業タスクの異なる部分を実行できるため、作業効率が向上します。
例: 非常に典型的なアプリケーションは、高速操作と分散ストレージを実行できる Hadoop のような分散プラットフォームです。
機能4.信頼性向上（分散処理拡張機能）
分散処理ネットワーク内のホストがダウンした場合、別のマシンを代替マシンとして使用できます。
機能5. ロードバランシング（分散処理の拡張機能でもあります）
分散処理を使用すると、複数のコンピュータがそれぞれ作業タスクの一部を引き受けることができるため、比較的バランスが取れています。
1.1.3. インターネットの発展段階
フェーズ 1: ARPANET
米ソ冷戦時代、米国国防総省は単一の非常に集中した拠点を持っていましたが、この中枢が核兵器による破壊を恐れていたかどうかに関わらず、いったん中枢が破壊されると、国家情勢システムは完全に崩壊してしまいます。すべてのノードがこのノードに接続されていたため、麻痺しました。中央に集中する方法しか知りませんが、より分散化されたコマンド システムを設計できないか考えています。
- 想定されるコマンド システム: コマンド システムは分散したコマンド ポイントで構成されており、コマンド ポイントの 1 つが破壊されても、他のノードが作業を引き継ぎ、相互に通信することができます。
この組織は、 ARPANETと呼ばれるネットワークを設計した米国国防高等研究計画局 (ARPA) です。
ARPANETのプロトタイプは、異なるエリアに分散した4つのノードが無線パケット交換網と衛星通信網で接続されており、1つのノードが消滅しても、他のノードは引き続き動作し、通信することができる。
同時に、ARPANET は各ノードの後に他の多くの端末といくつかのコンピュータを関与させて ARPANET の規模を拡大しましたが、ARPANET は同じ種類のネットワークにしか接続できず、ARPANET は同じ種類のネットワークにしか接続できないという欠点がありました。情報量の増加に伴い、システムは異なるネットワークの相互接続、つまり相互接続されたネットワーク(インターネットinterconnected networkと呼ばれます) を実現できます。internet
このとき、この目的のために、TCP/IP协议異なるネットワークの接続を実現できる「IP」と呼ばれるプロトコルが登場しました。IP プロトコルは、異なるネットワークの接続を実現できます。TCP プロトコルは、IP が確実な伝送を実現するのに役立つ基本的な通信プロトコルです。 。これら 2 つのプロトコルを組み合わせることで、ネットワークの相互接続を実現できます。
ARPANET の場合、このプロトコルは 1983 年に正式に受け入れられ、それ以前は古いプロトコルが使用されていました。同時に、インターネットが主要なコンピュータ通信システムとして選択され、最終的にはインターネットはインターネットと呼ばれることが多くなりました。
- つまり、ARPANET はインターネットの前身です。
ネットワークは基本的に、複数のノードと、これらのノードを接続するリンク ( と呼ばれます) で構成されます节点。
ノード間のつながりをクラウドと呼び、ルーターを介してネットワークを接続することで大きなネットワーク、つまりインターネットが形成されます。
3 つの名詞の関係について: 网络、互联网、因特网。
- ネットワークはすべてのコンピュータを接続し、インターネットは多くのネットワークを接続します。インターネットは世界最大のインターネットです。
ステージ 2: 3 レベルの構造
1985 年、米国国立科学財団 (NSF) は、6 つの大規模コンピューター センターを中心としたコンピューター ネットワークである National Science Foundation Network を構築しましたNSFNET。
このようなネットワークは3層構造で構成されており、最下層はキャンパスネットワークまたは企業ネットワークであり、最下層のユーザーがインターネットに接続したい場合は、第2層の地域ネットワークに接続し、さらに第2層の地域ネットワークに接続する必要があります。バックボーンネットワークの第 1 層では、比較的明確なロジックを備えた3 層のネットワーク構造。
- この 3 層のコンピュータ ネットワーク構造は、実際に当時の米国のほとんどの学校や研究機関をカバーし、インターネットの主要な構成要素となりました。
第3段階：マルチレベルISP構造（IXPの理解）
テクノロジーの発展に伴い、より多くのユーザーや企業がインターネットに接続するようになり、ネットワーク上の情報量は急激に増加し、当時のアメリカが管理していたインターネットでは、もはや大量の情報に対応できなくなります。この時点で、米国政府はインターネットのバックボーンを一部の民間企業に運営を譲渡し、インターネットへのアクセスに対して単位課金を開始しました。
- これらのサードパーティ企業は と呼ばれます
ISP。
ISP（因特网服务提供者/因特网服务提供商）：チャイナテレコム、チャイナユニコム、チャイナモバイルなど、インターネットアクセスサービス、情報サービス、付加価値サービスをユーザーに総合的に提供する会社です。そしてバックボーンISP、リージョナルISP、ローカルISPに分かれます。
- キャンパス内でも将来でも、私たちはインターネット料金を支払う必要があります。これは ISP へのサービス料金です。サービス料金を支払うことで、ISP のサービスを利用してインターネットを閲覧するための IP アドレスを取得できます。
- 簡単に言うと、世界中に非常に大規模な IP プールがあり、インターネット管理庁によって管理されています。ISP プロバイダーがユーザーにサービスを提供し、ユーザーに IP を割り当てたい場合は、この IP 内でいくつかの IP アドレスを取得する必要があります。取得するプール これで、ネットワーク セグメントの IP アドレスがインターネットにアクセスできるようになります。
ISP を理解する:
- 各ローカル ISP が地域 ISP に接続するためのルーターを設置し、地域 ISP にもバックボーン ISP に接続するためのルーターがある限り、インターネットにおけるすべてのデータ パケット転送タスクを完了できます。私たちはインターネットをサーフィンし、さまざまな Web サイトのリソースにアクセスできます。
- Baidu で IP アドレスを検索して、現在所属しているローカル ISP を確認できます。
質問: トラフィックが急増するにつれて、人々のネットワークに対する要求がますます高くなっている場合、ネットワーク データを交換する前に、すべてのネットワーク リクエストがバックボーン ISP に入力される必要がありますか?
- 人々はデータをより速く転送する方法を研究し始め、「 」という概念が生まれました
因特网交换点IXP。
本来、a と b の間の通信は、ローカル ISP から地域 ISP、そしてバックボーン ISP という ISP 構造の層を次々と経由する必要がありますが、この時点で IXP が利用可能であれば、この 2 つの通信を直接許可できます。現時点では、パケットを転送するために 3 番目のネットワークは必要ありません。
効果: 情報伝達とリソース共有の速度が大幅に向上します。
学習の振り返りと重要なまとめ
1.2. 構成と分類
1.2.1. コンピュータネットワークの構成要素
1.2.1.1. コンポーネント (ハードウェア、ソフトウェア、プロトコル)
構成: ハードウェア、ソフトウェア、プロトコル (ルールと規約の集合)。
硬件: エンドシステム (エッジのシステム) とルーターやスイッチなどの中間デバイス。软件: エンド システムに接続されているこの中間デバイスにも、ソフトウェアをハードウェアに展開するための特定のソフトウェアが含まれています。协议: プロトコルは、さまざまなハードウェアを経由してコンピュータ ネットワークを形成します。コンピュータ ネットワークの各レベルには多くのプロトコルがあり、このプロトコルに従って、データのカプセル化、パッケージ化、および送信方法が規定されています。
1.2.1.2. 加工方法（エッジ部、コア部）
加工方法：エッジ部、コア部
エッジ部分
边缘部分: 一連のエンド システムで構成されています。これらのエンド システムには、いくつかのコンピュータだけでなく、いくつかの非常に大きなサーバー、メインフレーム コンピュータ、およびいくつかの情報をリアルタイムでキャプチャするいくつかの非常に小型のネットワーク カメラが含まれており、この情報はリアルタイムで公開されます。時間。
端系统: エッジ端のシステム。端和端的通信: 2 つのエンド システム間のプロセス通信を指します。たとえば、ホスト A 上のプロセス (QQ など) とホスト B 上のプロセス (QQ など) は、メッセージを直接送受信します。これは、2 つのエンド システム間のプロセス通信です。
両端間の通信（ユーザーが直接使用する）には、 C/S 方式（または B/S 方式）と P2P 方式の 2 つの方式があります。
C/S方式:クライアント/サーバー通信。たとえば、WeChat (クライアント) 間のチャットやメッセージの送信は、サーバー (サーバー) を介して転送されます。[B/S はブラウザとサーバーです]P2P方式(ピアツーピア): ピアツーピア接続。すべてのホストには 2 つの ID があり、1 つはサービスを提供するサーバー、もう 1 つはサービスを使用するユーザーであり、クライアントまたはサーバーのいずれかとして機能します。
P2P の例: たとえば、ユーザー a は 500M の映画を持っています。このとき、B、C、D の全員がそれを見たいと考えています。このとき、彼はまず B に 200M を送信し、次に B が C に 150M を送信し、C に 150M を送信します。から残りのムービー ファイルを取得し、C がそれを取得すると、D になります。この時点では、A、B、および C はすべてムービー リソースを持っており、すべてのリソースを D に送信できます。この時点で、D はリソースを取得できます。最速。
結論: B、C、D はクライアントとサーバーの両方として機能し、それぞれがアップロード機能を担うだけでなく、ダウンロード サービスも利用します。ホストの数が多いほど、ダウンロードは速くなります。
コア部分
核心部分: コンピュータネットワークのエッジ部分だけでは不十分で、コア部分のサービスも必要であり、コア部分を介してサービスを提供することで、エッジ部分はエンドシステム間の通信を実現することができます。
簡単な説明: 主にルーターやいくつかの中間デバイスを含むエッジ部分にサービスを提供し、いくつかのネットワークが接続されてコンピューター ネットワークを形成します。
1.2.1.3. 機能構成(通信サブネット、リソースサブネット)
コンピュータ ネットワークの主な機能はデータ通信とリソース共有の 2 つであり、これら 2 つの機能に応じて、コンピュータ ネットワークは通信サブネットとリソース サブネットに分類できます。
通信子网：データ通信を実現します。资源子网: リソース共有/データ処理を実現します。
OSI 参照モデルによれば、7 つの層に分けることができ、下位 3 層では、通信サブネットはさまざまな伝送メディア通信機器とネットワーク プロトコルで構成され、このネットワークが伝送、スイッチング、制御の機能を持つことができます。ストレージやネットワーク、コンピュータ間のデータ通信も実装できます。
上位 3 層は主にデータのカプセル化を担当し、下位 3 層は主にデータを道路に送信する役割を担っており、中間の伝送層を統合する上で非常に重要な役割を果たします。
- トランスポート層: 主に、上記の 3 つの層で必要なサービスとネットワーク層で提供されるサービスの間のギャップを埋め、通信サブネットの一部の詳細を高レベルのユーザーから保護します。
- 実践例：オンラインモールで注文すると、販売者は注文内容に応じて赤ちゃんに合わせて荷物を梱包し、赤ちゃんを梱包したら配送する必要があります。具体的な次の目的地としては、どこに届けるのか、どうやって届けるのか、航空便でも郵送でも、バスに乗せて運ぶことを心配する必要はありません。この中間送信プロセスはトランスポート層が行う必要があります。
1.2.2. コンピュータネットワークの分類
1.2.2.1. 配信範囲別（ローカルエリアネットワークとワイドエリアネットワークの違いを含む）
配布範囲に応じて: ワイドエリアネットワーク WAN、メトロポリタンエリアネットワーク MAN、ローカルエリアネットワーク LAN、パーソナルエリアネットワーク PAN
广域网WAN: 範囲は非常に広く、数十から数千キロメートルに及びます。WAN はインターネットの中核と考えられています。その任務は、国を越えて比較的長距離のホスト間で送信されるデータを実行することです。城域网MAN：都市をカバーできるネットワーク。局域网LAN: 学校やオフィスビルなど、地理的に小さい場所が LAN の範囲内にあります。个人区域网PAN: 個人が働く場所で、コンピューター、スマート ウォッチ、ブレスレットなどの電子デバイスの一部をワイヤレス技術を通じて接続するネットワークは、ワイヤレス パーソナル エリア ネットワークと呼ばれ、その範囲は約 10 メートルです。
LANとWANの違いについて：
① 物理的な距離だけで判断することはできず、実際に使用される技術に基づいて判断する必要があります。
例: 隣人と私はとても近いところにいますが、それぞれが自分の Wi-Fi を使用しているため、テキスト メッセージを直接送信して通信しています。これは実際にはネットワーク上の交換と送信です。このネットワークはインターネットですが、最近では、WAN 技術が実際に通信に使用されています。
② ローカルエリアネットワークはブロードキャスト技術を使用し、WAN はスイッチング技術を使用します。
上手に覚えるには？
- LAN ブロードキャスト技術の例: たとえば、村ではブロードキャストをオンにして大声を上げるだけで、村全体にそれが聞こえます。
- WAN スイッチング技術の例: あなたはある郡にいて、別の州の人々と話したいと考えています。このとき、大声で叫ぶ必要はありません。このときに使用する必要があるのは、ルーターを介したスイッチング技術です。データはビットごとに転送、保存、交換されます。
1.2.2.2. 利用者ごとに分ける（パブリックネットワーク、プライベートネットワーク）
ユーザーに応じてパブリックネットワーク、プライベートネットワークに分かれます。
公用网: 一般に、チャイナテレコム、チャイナユニコム、チャイナモバイルなどの国有または民間投資家によって構築された大規模ネットワークです。
专用网：特定の部門や業界では、その専門的な業務のためにネットワークを構築する必要があります。たとえば、軍、政府、または現在のインターネット企業の多くにはオフィスがあり、オフィス全体がプライベート ネットワーク、つまりイントラネットを使用しています。
1.2.2.3. スイッチング技術による分類（回線、メッセージ、パケット）
スイッチング技術に応じて分類: 回線交換、メッセージ交換、パケット交換
- これら 3 つの交換は、実際にデータがどのように交換されるかを説明します。
① 电路交换: 通話中に通過する2者が真ん中のリソースを完全に占有し、他の者は使用できないという特徴があります。
- 回線交換の原理: ① 接続を確立し、通信リソースを占有します。② 接続を構築すると、常に双方がリソースを占有します。③ 電話を切った後、接続を解除し切断してください。
- 例: 電話をかけることは回線交換であり、これにはいくつかの手順が必要です。まず、相手が電話に応答すると、リンクが確立されます。他の人から電話がかかると、通話中であるように表示され、通話できません。中断されました。この時点では、回線が話し中であることを意味します。
② 报文交换、分组交换: どちらもストアアンドフォワード方式を使用しますが、対象が異なります。
- ストア アンド フォワードの概要: この時点でデータ (メッセージまたはパケット) が送信のためにネットワーク上に置かれる場合、そのデータはルーターに渡され、ルーターはメッセージまたはパケットを保存し、どこにあるかを確認します。この時点でルートが複数ある場合は、より近いルータが選択されて転送されます。
メッセージ スイッチングとパケット スイッチングの違い: 主な理由は本体が異なることです。メッセージは大きなファイル全体ですが、パケットはメッセージ全体をグループに分割するものです。
メッセージ交換とパケット交換の共通点は、どちらもストア アンド フォワードを使用し、回線交換のように回線を排他的に占有するのではなく、セグメントごとに回線を占有することです。他のデータがある場合は、同じリンク上で送信することも可能です。
1.2.2.4. トポロジによる分類（バス、スター、リング、ネットワーク）
トポロジー: ネットワーク内のノード (ルーター、スイッチ、セグメント システムのホストなど) を小さな粒子と小さな円に変換し、通信リンクを線に抽象化し、この円を結合します。線のグループ化は、トポロジー。
① 总线型: すべてのエンドシステムまたはノードがこのバスに接続されます。
② 星型: 中央のノードから広げて各ノードを接続します。
-
スターパターンについては、主にノード数と中間リンク数の関係を調べます。ノードが 6 つある場合は、5 つのリンクが必要です。
③ 环型: すべてのノードを接続してリングを形成します。
④ 网状型: WAN で一般的に使用されるトポロジ、多対多の関係。
1.2.2.5. 伝送技術による分類（ブロードキャスト、ポイントツーポイント）
伝送技術に応じて、ブロードキャストネットワーク、ポイントツーポイントネットワークに分けられます。
广播式网络:共有パブリックコミュニケーションチャネル
- 詳細な紹介: これは、パブリック通信チャネルを共有する、ローカル エリア ネットワーク内のネットワークの一種です。このバス トポロジは、通常、そのようなパブリック チャネルを中間で共有するために使用されます。ネットワークに接続されているすべてのコンピュータがこのチャネルを楽しむことができ、いつコンピュータがこの共有チャネルにパケットを送信すると、すべてのコンピュータがそのパケットを受信します。
点对点网络:パケット ストア アンド フォワードとルーティングメカニズムを使用します。
- 詳細な紹介: 通常、ワイド エリア ネットワークに対応します。ワイド エリア ネットワークは基本的にポイントツーポイント ネットワークです。ネットワーク内の 2 つのホストが通信したいが、直接接続されていない場合、多くの中間ノードが必要になることを意味します。パケットの保存、転送、処理を実現します。
- ブロードキャストとの違い: 送信された情報をすべてのコンピューターが受信できるわけではなく、ターゲットのコンピューターのみが受信できます。
知識の復習マインドマップ
1.3. 標準化作業と関連組織
1.3.1. 標準化作業
オンライン ゲームのバージョンに一貫性がないなど、統一された標準がない場合、一部のゲームでは起動時に次のメッセージが表示されます。
異なるメーカーのハードウェアとソフトウェア間の相互接続を実現したい場合は、統一された標準に従う必要があります。
1.3.2. 標準化された分類（法定、事実上の標準）
規格は法定規格、事実上の規格に分類されます。
法定标准: 権威ある組織によって確立された正式な法的基準。国内または国際的な法的標準が考えられますが、より一般的なのは、本書で言及されている OSI 標準です。事实标准：特定の企業の製品が競合の主流になっていますが、TCP/IPは古くからあるため、その製品に搭載されているプロトコルや技術は標準となっています。
- Nano SIM カードは Apple が iPhone 5 から採用し始めた小型カードで、Micro カードが採用されると他のメーカーも Apple に追随し、現在では NANO SIM カードが事実上の標準となっています。
1.3.3、RFC とインターネット標準への発展の 4 つの段階
RFC（Request For Comments，请求评论）: インターネットの標準形式。
RFC が正式なインターネット標準になるには 4 つの段階があります。
1) インターネット ドラフトは、現段階では RFC 文書ではありません。
- まず第一に、これは現段階では RFC 文書とみなされません。アイデアとしか言えません。現時点で標準を策定したい場合は、まずインターネットのドラフトを作成することができます。実際、それは個人的には確立できると思う標準です。
2) 提案された標準は、この段階から RFC 文書と呼ばれます。
- 構築したら、[email protected] に電子メールを送信できます。素晴らしいと思うと返信されたら、次の段階に進みます。また来てくださいと返信されたら、次の段階に進みます。次回は不合格ということになります。
3) 規格案
- コメントの募集を開始し、RFC 文書をインターネットに公開し、多くの人からの修正意見を待って RFC 文書をさらに改善し、改善後に標準草案が形成されます。
4) インターネット規格
- 現在、最終段階に入っており、標準ドラフトは審査のために IETF および IAB 組織に提出され、最後のステップが通過すると、インターネット ドラフトがインターネット標準となります。
注：2011 年以降、第 3 フェーズは中止されました。
1.3.4. 標準化作業に関連する組織
国际标准化组织（ISO）：OSIモデル、HDLCプロトコル。
国际电信联盟（ITU）：コミュニケーションルールを確立します。（通信・電話対応を担当していただきます。）
电器和电子工程师协会（IEEE）：学術機関、IEEE802シリーズ規格、5G。
Internet工程任务组（IETF）：インターネット関連の標準規格「RFC xxxx」の策定を担当。
これらの中で最も重要なものは、国際標準化機構 ISO です。
マインドマップの瞬間
1.4. パフォーマンス指標
1.4.1. レート
速率: データレートまたはデータ転送レートまたはビットレート。コンピュータ ネットワークに接続されているホストがデジタル チャネルを介してビット データを送信する速度。
比特：最小単位の1または0を示します。
単位はb/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/sです。
次にレート換算単位とストレージ容量の比較です。
注：データ転送速度（通信フィールド）は換算単位の10の3乗、記憶容量（記載サイズ）は換算単位の2 ×10の1024です。
1.4.2. 帯域幅
带宽：本来はある信号の周波数帯域幅、つまり最高周波数と最低周波数の差を指し、単位はヘルツ（Hz）です。
- コンピュータ ネットワークでは、帯域幅はネットワークの通信回線のデータ送信能力を表すために使用され、通常、単位時間あたりにネットワーク内のある地点から別の地点に通過できる「最高のデータ レート」を指します。単位はビット/秒です (例: b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s)。
帯域幅の例: ネットワーク デバイスがサポートできる最高速度。たとえば、100M ポートを持つスイッチがあります。つまり、スイッチの 100M ポートの最大伝送速度は 100M ビット/秒です。このスイッチの場合、 100M ネットワーク カードが片側に接続されている場合、2 つは同時に通信できますが、通信プロセス中、このスイッチがチャネルまたはリンクに送信できる 1 秒あたりの最大ビット数は 100M ビットです。
注: 帯域幅とは、データがリンク上で伝播する速度ではなく、この入力位置でデータが送信される速度を指します。実際、リンク上では電磁波の形で伝播します。帯域幅は、送信側が送信できる最高のデータ レートであり、理想的な最終的な送信データ レートです。
図を使用して、レートと帯域幅の違いを理解しましょう。
ケース 1 : ここにリンクがあります: ① まず、リンク帯域幅 = 1Mb/s 変換後、ホストは 1us で 1 ビットのデータをリンクに送信できます。②伝播速度は2×10 8 m/sであり、1usで電磁波は前方に200m伝播することができます。
以下は、リンクのビット数と 1us、2us、3us での伝送状況です。
- 1us でビットが送信され、2us で最初のビットが 200 メートル送信され、この時点で 1 ビットが再度送信され、3us で再度ビットが送信され、前の 2us で送信されたビットが送信されます。同時に100メートル。
ケース 2 : 次に、リンク帯域幅が 2Mb/s の場合です。
- 以前の 1Mb/s と比較すると、1 秒に 1 ビットが送信されるのに対し、現在のものは 1 秒に 2 ビットが送信されるという違いがあり、写真は 3us でのリンクの状況を示しています。
結論: 帯域幅が大きくなると、単位時間あたりにより多くのデータまたはデータ ビットがリンクに注入されることを意味しますが、リンク上を伝播するビットの速度には影響せず、伝送速度が低下するとしか言えません。より速く。
1.4.3. スループット
例: たとえば、景勝地の入り口で、10 分以内に何人の人が出入りするかが、景勝地の入り口のスループットです。
吞吐量: 単位時間内に特定のネットワーク (またはチャネル、インターフェース) を通過するデータの量を示します。単位は b/s、kb/s、Mb/s などです。
まず、ホストとスイッチがありますが、私たちのコンピュータとスイッチには 100M ポートがあり、リンク帯域幅は 100Mb/s です。
百兆口: 私たちのコンピュータの最速送信速度は 100Mb/s で、同時にスイッチの送信速度も 100Mb/s です。- **ホストとスイッチの受信速度はどれくらいですか? **受信レートは、対応するバッファ サイズによって決まります。
このとき、ホストは 2 台のサーバーの Web ページへのアクセスを開始します。サーバー 1 の場合、上のサーバーの速度は 20Mb/s、サーバー 2 の場合、下位の速度は 10Mb/s になります。この速度が実際に影響を受けます。サーバー自身の送信速度によって制限されます。
- この時点で帯域幅がわかります (理想的な状態、一般にサーバーとホストの送信速度は帯域幅より小さい) この時点で、現在のリンクのスループットは 20Mb/s+10Mb/s = 30Mb として計算できます。 /s、これは 2 つのサーバーの転送速度の合計です。
帯域幅、レート、およびスループット レートの違いを簡単に理解します。リンク帯域幅は、実際には帯域幅標準 (理想)、スループット (実際、すべてのリンクを合計したもの)、レート (単一サーバーまたは単一サーバーの最大データ量を指します) の最大データ量です。ホストの放出速度）。
わかりやすい例: 例えば、インスタントラーメンを食べるとき、私の個人的な食欲は最大 100 杯 (帯域幅) まで食べられます。杯数はメーカーに依存しません。このとき、あるメーカーは 1 つにつき 20 パックをくれました。秒 (レート)、他のメーカーは 1 秒あたり 30 パケット (レート) を与えましたが、1 秒で 50 パケット (スループット) しか食べられません。
1.4.4. 時間遅延
时延: データ (メッセージ/パケット/ビット ストリーム) がネットワーク (またはリンク) の一方の端からもう一方の端に送信されるのに必要な時間を指し、遅延または遅延とも呼ばれます。単位はsです。
遅延には 4 つの主要なカテゴリがあります。
- 送信遅延（送信遅延）。
- 伝播遅延。
- キューの遅延。
- 処理遅延。
①送信遅延
发送时延（传输时延）: パケットの最初のビットから最後のビットまでにかかる時間を指します。
送信遅延は 2 つの要因によって影響されます。 ① データの長さ。②送信速度。
公式：发送时延 = 数据长度/信道带宽
- チャネル帯域幅は伝送速度を指します。実際には、送信速度や送信速度はチャネルの帯域幅に達することはできません。質問を行うときは、通常、帯域幅を送信速度として使用します。
例: 10 ビットのデータがあり、帯域幅は 10b/s です。このとき、送信遅延は 10bit / (10b/s) = 1 秒です。このとき、送信遅延は 1 秒です。これは実際に、すべてのデータをチャネルにプッシュするのにかかる時間です。
②伝播遅延
传播时延: は、電磁波の伝播速度とリンクに応じて、チャネル上で特定の距離を伝播するのにかかる時間です。
- チャネル長、リンク長は媒体の一端として理解でき、リンク チャネルは光ファイバ、同軸ケーブルなどです。
- 電磁波の伝送速度は一般に3×10 8 bit/sですが、実用上は固体媒体上で伝送するためある程度の損失があり、最終的な速度は2×10 8 bit/sが一般的です。
なぜ電磁波がチャネル上で送信されるのでしょうか?送信されるのはビット ストリームまたは信号ではないでしょうか?
- 私たちの信号は特定の変調技術を受け、送信用の搬送波としてチャネルの電磁波を使用します。
- 一般的な理解: 電磁波は労働者のようなものであり、この電磁波はビット ストリームを乗せて前方に進むことができるため、チャネル上のビット ストリームの伝送速度がアップロードにおける電磁波の伝播速度になります。
公式：传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传输速率
例: 以下の図に示すように、データがチャネル上で送信されてルーターに到達するまでの待機時間は伝播遅延です。
送信遅延を比較する: 送信遅延は通常、ホスト内、ネットワーク アダプター内、つまりマシン内のトランスミッター内で発生しますが、伝播遅延はマシンの外部のこのチャネルで発生します。
③ 待ち時間遅延
排队时延: 出力リンクまたは入力リンクが使用可能になるまでに必要な待ち時間。
例: ホストから送信された情報はルーターに到着しますが、処理されるまでに外部で費やされる時間をキュー遅延と呼ぶことができます。
④処理遅延
处理时延: データのキューイングが完了すると、この時点で転送作業を実行できますが、この転送プロセスにも、主にエラー検出や出口の検索など、時間がかかります。
列の遅延と処理の遅延の例: 空港の保安検査を例に挙げます。私たちはすでに保安検査が終わって列に並んでいます。この時点で、私たちの前には多くの人がいて、この時点で待つ必要があります。 . 今回は [待機中] 遅延]; ようやく長い時間が経ち、列に並びました。 この時は保安検査場へ行きました。 保安検査場での検出と処理のプロセスは [処理遅延] でした。
送信速度と伝播遅延の間には関係がありますか?
送信速度を100bit/s（従来は10bit/s）に上げると、送信速度またはチャネル帯域幅が増加し、データ長は変わらないものの、送信遅延は確実に小さくなります。
- 微分:高速リンクの伝送速度の増加は、チャネル帯域幅に影響を与え、伝送速度が増加し、伝送遅延が減少するだけで、伝送速度と電磁波の伝播遅延には影響しません。
1.4.5. 遅延帯域幅積
时延带宽积: 遅延と帯域幅の積。データまたは情報の量を記述するために使用されるパフォーマンス属性。
- ここでの遅延は伝播遅延を指します。これは、送信側がデータを送信するときに達成できる最大データ量レートです。電磁波がチャネル上を送信するのにかかる時間を指します。単位は s です。
- 帯域幅: b/sです。
公式：时延带宽积 = 传播时延 x 带宽。
- 伝播遅延は秒単位で、帯域幅は b/s (1 秒あたり数ビット) 単位であるため、遅延と帯域幅の積の単位はビットです。
遅延帯域幅積についてのより鮮明な理解: 遅延帯域幅積は、リンクから始まるすべてのデータ容量、つまりリンク借用です。
时延带宽积ビット単位のリンク長とも呼ばれ、これは単に「特定のリンクが現在何ビット持っているか」であり、現時点でのリンクのデータ容量パフォーマンス指標を指します。
1.4.6. 往復時間 RTT
一般に、この RTT はゲームをプレイするときに表示され、数値が比較的大きい場合はゲームが非常に遅くなり、数値が小さい場合はゲームが非常にスムーズになります。
RTT 定義: 送信者がデータを送信してから、送信者が受信者から確認を受信するまでの合計遅延を指します (受信者はデータを受信した直後に確認を送信します)。
- RTT が大きいほど、確認応答を受信するまでにより多くのデータを送信できます。
RTT の構成: ① 往復の伝播遅延 = 伝播遅延 * 2。②端末処理時間。
- 伝播遅延とは、チャネル上の送信時間を指し、電磁波の速度とチャネルの長さに関係し、往復は伝播遅延の 2 倍になります。
- 端末処理時間とは、受信機がこのデータを処理してから確認応答フレームを送信するまでの処理時間を指します。[一般的なトピックは伝播遅延の 2 倍を直接計算し、端末の処理時間は直接無視されます]
注: RTT には送信遅延 (すべてのデータをホストからチャネルに送信するのにかかる時間) は含まれず、チャネル上でデータを送信するのにかかる時間のみが含まれます。
実践例: MAC コンピュータ上で Baidu のドメイン名に ping を実行すると、対応する RTT 往復遅延時間が発生します。
1.4.7. 使用率
使用率の定義: 使用率の効率は主に、このリンク上のデータにどれだけの時間が使用されるかによって決まります。リンク上で常にデータが送信されている場合は、リンクの使用率が検証されていることを意味します。データがない場合は、リンクの使用率が検証されています。送信の場合、使用率は比較的低く、0 です。
利用分類：チャネル利用、ネットワーク利用。
- チャネル使用率の計算式:
有数据通过时间 / (有+无)数据通过时间。 - ネットワーク使用率の計算式:
信道利用率加权平均值。
関連するパフォーマンス指標:遅延が大きい場合は、その時点でチャネル上で大量のデータが送信されていることを意味し、使用率は限りなく 1 に近づき、対応する速度は実際には減少します。
例:
シナリオ 1: 同じ長いチャネル上では、少数のデータのみが一緒に送信されます。これは、使用率が比較的低いことを意味します。
シナリオ 2: 同じ長いチャネル上で大量のデータが送信されており、データが多ければ使用率は高くなります。
マインドマップの瞬間
2. コンピュータネットワークのアーキテクチャと参照モデル
2.1. 階層構造、プロトコル、インターフェース、サービス
2.1.1. レイヤリングの紹介 なぜレイヤリングするのでしょうか?
ファイルの送信の間に行う必要があること:
- 通信を開始するコンピュータは、データ通信パスをアクティブにする必要があります。
- 宛先ホストを識別する方法をネットワークに伝えるため。
- 通信を開始するコンピュータは、宛先ホストの電源が入っており、ネットワークに正常に接続されているかどうかを確認する必要があります。
- 通信を開始するコンピュータは、相手のコンピュータのファイル管理プログラムの準備が整っているかどうかを確認する必要があります。
- 間違いや驚きが解決できるようにしてください。
- …その他さまざまな仕事
ファイルを送信するだけでも大きな問題が連続していることがわかります。多くの問題を一連で直接解決することはできませんが、現時点では、小さな問題に分割して解決することができます。
解決策: 階層。
2.1.2. 階層化を実行するにはどうすればよいですか? （具体例と名詞の理解）
実際の速達の例:
エンティティ、ピア エンティティ、プロトコル、インターフェイス、サービスなどの複数の用語を理解します。
实体：送信する項目、つまり相手が実際に受け取りたいデータ。对等实体: 互いに非常に似ている 2 つのオブジェクトを総称して、同等のエンティティと呼びます。协议: 各レイヤーをパッケージ化およびアンパックする方法を修正しました。ピア エンティティのみが合意を持っています。- 協定に従わないケースを考えてみましょう。たとえば、ソフトパッケージと開梱用の木箱は、それ自体が同等のエンティティではないため、2 つの非同等のエンティティの間には協定がありません。
接口: 論理インターフェイス、標準定義。服务: それぞれの 2 つの層の間に提供されるものをサービスと呼びます。上位レベルは下位レベルのサービスを使用し、下位レベルは上位レベルにサービスを提供する必要があります。
レイヤリングの基本原則:
1. 各層は互いに独立しており、各層は比較的独立した機能のみを実装します。
2. 各層間のインターフェースは自然かつ明確で理解しやすく、コミュニケーションは最小限に抑えられます。
3. 構造を分割可能とし、各層を最適な技術で実現。
4. 下位層の上位層からの独立性を維持し、上位層は下位層が提供するサービスを一方向に利用します。
5. 階層構造全体で標準化の取り組みを促進する必要があります。
2.1.3. 階層構造の正式な理解（名詞の本当の意味、契約の三大要素）
上の図の複数の名詞の表現を正式に再理解してみましょう。
1. 实体: n 番目の層のアクティブな要素は n エンティティと呼ばれます。同じレベルのエンティティはピア エンティティと呼ばれます。
2.:协议ネットワーク内のピアエンティティ間のデータ交換のために確立されたルール、標準、または規約は、ネットワークプロトコルと呼ばれます。【レベル】
- たとえば、レイヤ 4 プロトコルはレイヤ 3 プロトコルと同等であってはなりません。
プロトコルの 3 つの主要な要素: 構文、セマンティクス、同期。
语法：送信データのフォーマットを指定します。语义: 完了する機能を指定します。同步：各種操作の順序を指定します。
次の例では、2 進数を使用して各要素の意味を示しています: 001000100111001
- 文法の例: 0 または 1 の数値形式に従って詳しく説明するか、割り算を開始します。
- セマンティックの例: 以前の文法では、セグメントに分割すると言われていました。そのため、各セグメントの意味と、それがどのような機能を実現できるかについても指定および標準化する必要があります。
- 同期の例：どの部分のデータを最初に送信し、どの部分のデータを最後に送信するかなど、さまざまな動作の順序を規定するシーケンスの規定です。
3. 接口(サービスポイント SAP へのアクセス): 上位層が下位層のサービスを利用するための入り口。
隣接するものの間にはインターフェイスがあり、このインターフェイスがブリッジとして機能します。この接続にはサービスの使用が必要です。
4. 服务: 下位層は、隣接する上位層が提供する関数を呼び出します。【垂直】
- サービスは一方向であり、上位層がそれを使用し、下位層がサービスを提供します。
垂直と水平の説明: 垂直は上位層と下位層の間の名詞、垂直方向、プロトコルは同じレベルとピアレベルの間の名詞、水平方向です。
2.1.4. レイヤー間のデータ関係 (SDU、PCI、PDU)
第 5 層、第 4 層、第 3 層をそれぞれ抽出して、対応する SDU、PCI、PDU の 3 つの層の間にどのようなデータの包含関係があるかを確認します。
① SDU服务数据单元（Service Data Unit）：利用者が要求する機能を実現するために送信すべきデータ。
- 簡単に言うと、各層で送信されるデータ、つまり有用な部分です。
② PCI协议控制信息（プロトコル制御情報）：制御プロトコルの動作情報。
- 簡単な説明: プロトコルの動作を制御する情報を指します。単純に制御情報として理解できます。
③ PDU协议数据单元(プロトコル データ ユニット): SDU と PCI 制御プロトコル。ピア層間で送信される実際のデータ ユニット。
各層間のデータ関係を記述します。各層の PDU は次の層の SDU として使用され、対応する層の PCI プロトコル情報を追加して PDU を再度形成できます。
コンセプト概要
1. ネットワーク アーキテクチャは、機能の観点からコンピュータ ネットワークの構造を説明します。
2. ネットワーク アーキテクチャと呼ばれるコンピュータ ネットワーク アーキテクチャは、階層構造です。
3. 各層は、特定のネットワーク プロトコルに従って、この層の機能を完了します。
4.コンピュータ ネットワーク アーキテクチャは、コンピュータ ネットワークとそのプロトコルの層の集合です。
5. 第 n 層が n+1 層にサービスを提供する場合、そのサービスには第 n 層自身の機能だけでなく、下位層のサービスが提供する機能も含まれる。
6.近隣ノード間のインターフェースのみが存在し、提供されるサービスの具体的な実装の詳細は上位層から完全にシールドされます。
7. アーキテクチャは抽象的であり、実装は実行可能ないくつかのソフトウェアとハードウェアを指します。
マインドマップの瞬間
2.2. OSI 参照モデル
2.2.1. コンピュータ階層化標準を理解する
コンピュータの階層化アーキテクチャには、7 層 OSI 参照モデル、4 層 TCP/IP 参照モデルなど、多くの標準があります。
7层OSI参考模型：法定基準。
- 法定規格とは、発行および規定されるコンピューター ネットワーク参照モデル規格を指します。
4层TCP/IP参考模型：デファクトスタンダード。
- デファクトスタンダードとは、現在実際に使用されており、優れたユーザーエクスペリエンスを備えた参照モデルを指します。
利点と欠点を要約することにより、主に学習をより便利にし、思考をより明確にすることを目的として、新しい 5 層アーキテクチャが得られました。
2.2.2. ISO/OSI 参照モデルとそれがどのように誕生したかを理解していますか?
コンピュータネットワークの複雑で大きな問題を解決するために、機能に応じた階層構造が実装されます。
ISO/OSI 参照モデルが登場するのはなぜですか?
理由: 多くの企業が独自のネットワークアーキテクチャを提案しています。該当企業のアーキテクチャは、その企業の製品に対応しています。異なる企業は、自社の製品を使用する場合にのみ、そのアーキテクチャを使用できます。現時点で、全員がオンライン相互接続を行うには、非常に難しい。
- たとえば、最初にネットワーク アーキテクチャを提案した IBM は SNA モデルを開発し、DEC は DNA モデルを開発し、米国国防総省は TCP/IP プロトコルを開発しました。
国際標準化機構 ISO は、1984 年にオープン システム相互接続 OSI 参照モデルを提案しました。
- ここでのオープン性は非独占であり、このオープン性は普遍的であり、さまざまなネットワーク、さまざまなデバイス、ソフトウェア、ハードウェアをすべてネットワーク上で接続できます。
OSI 参照モデルの目的は、異種ネットワークの相互接続をサポートすることです。
OSI参照モデルは実装されていますか?
- 理論は成功しましたが、市場は失敗しました。
失敗の主な理由:
1. OSI 専門家は実務経験が不足していますが、非常に優れたアイデアを持っています。
2. OSI プロトコルは実装が複雑で、動作効率が非常に低いです。
3. OSI 標準の開発サイクルが長すぎます。OSI モデルが登場したとき、実際には非常に優れた TCP/IP が市場で使用されていました。
4. OSIの層分けに無理があり、一部の機能が複数の層に繰り返し登場するなど、市場ニーズに合わないデメリットもございます。TCP/IP は市場の需要と非常に一致しており、OSI は歴史の一部であり、法的標準になるだけです。
2.2.3. ISO/OSI 参照モデルの 7 つの層を理解する
OSIは物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層、セッション層、プレゼンテーション層、アプリケーション層の7層で構成されています。
- ヒント: 各層ごとに 1 つの単語を覚えてください。IoT チェーン ネットワークは、その使用法を示します [モノのインターネット Shuhui トライアル]。
上位 3 層は主にデータ処理に使用されるリソース サブネットに属し、下位 3 層は主にデータ送信に使用される通信サブネットに属します。
2.2.4. ISO/OSI 参照モデルは通信プロセスを説明します
2.2.4.1. データ送信プロセスの簡単な理解
データを送信するプロセスは、次の図のステップ 1 ～ 6 です。
- ① まず、ホスト A は 7 層を通過し、各層に対応する制御情報が追加され、物理層のみがバイナリに変換されて送信されます。
- ②伝送媒体を介してビットストリームデータを伝送します。
- ③いくつかの中間システム (ルーターやスイッチなど) を通過した後 [送信プロセス全体で複数のシステムが発生する可能性があります]、中間システムには 3 つの層しかなく、ビット ストリームは物理層 (データ リンク) から復元されます。層 - ネットワーク層、データリンク層に到達し、その後ネットワーク層に戻ります。次に、レイヤーごとに物理レイヤーにラップされ、再び送信されます。
- ④データパケットは中間システムでカプセル化され、最終的に物理層でビットストリームに変換され、ターゲットホストに送信され続けます。
- ⑤伝送媒体を介してビットストリームデータを伝送します。
- ⑥対象ホストも7層あり、物理層から順に分解されます。
- 両端のシステムは 7 つの層を通過する必要がありますが、ルーターなどの中間システムは 3 つの層 (物理層、データリンク層、ネットワーク層) を通過するだけで済みます。
注: 物理層は補助的な制御情報を追加せず、物理層でデータをバイナリの 0 および 1 形式に変換します。
2.2.4.2. 各層がエンドツーエンドに属するかポイントツーポイントに属するかを理解していますか?
主な目的は、次にデータをどこに送信するかなど、以前にデータに対してどのような操作が実行されたかを確認することです。
- 上位 4 層については、中間システムが関与しないため、ホスト A とホスト B の上位 4 層は実際にはエンドツーエンドになります。
- 下位 3 層については、中間システムにもこれら 3 層が含まれ、通過する中間システムは複数のルーターまたは他の転送デバイスである可能性があるため、下位 3 層はポイントツーポイントと呼ばれます。(いつも次はどこに行くかだけが気になる)
2.2.4.3. 各層間のデータやプロトコルの追加・削除処理（データカプセル化処理）
各レベルはデータに対してどのように動作しますか?
次の図に示すように、ホスト A は 7-1 から開始し、物理層をビット ストリームに変換してホスト B にデータを送信し、1 ～ 7 まで順番に逆アセンブルします。
ここでは、ホスト A を使用してパッケージング プロセスを説明します。最初にアプリケーション層で、データに PCI 制御情報が追加され、次に、対応する H7 の 7 が第 7 層のヘッダーを表します。このとき、DATA と H7 は、次に、プレゼンテーション層に入り、6 番目のプレゼンテーション層のヘッダー H6 も追加します。これは、以下の番号 5、4、および 3 に当てはまります。
- 次に、アンパッキング処理における各層の実際の動作は、制御情報の追加であり、アンパッキング処理では、制御情報を分解し、最終的なDATAデータを得るまで順次処理が行われる。
追加の注意点:
- パッケージ化プロセス中に、ヘッダーがレイヤー 2 に追加されるだけでなく、末尾情報フィールドも追加されます。
- パッケージ化プロセス中、最初の層には制御情報は追加されず、2 番目の層の PDU のみがバイナリ ビット ストリームに変換されて送信されます。
2.2.5. ISO/OSI 参照モデルの 7 層関数の概要
①アプリケーション層
应用层: ユーザーと対話し、ネットワーク トラフィックを生成できるすべてのプログラムには、アプリケーション層が関与します。たとえば、メモ帳はテキスト編集のみを目的としており、ネットワーク トラフィックの生成は必要ありません。
典型的なアプリケーション層サービス: ファイル転送 (FTP)、電子メール (SMTP)、World Wide Web (HTTP)。
②プレゼンテーション層
表示层: 2 つの通信システム間で交換される情報の表現を処理する、アプリケーション層のすぐ隣の層。
- 簡単に言うと、主にデバイスや画面に最終的に表示されるものを担当します。通常、これは構文とセマンティクスの処理です。
- 2 つの通信システムとは、任意の 2 つのデバイス、携帯電話を指します。
プレゼンテーション層プロトコル: JPEG、ASCII。
- 実際、TCP/IP の 5 層構造では、実際のプレゼンテーション層はアプリケーション層のセッション層に組み込まれることになりますが、プレゼンテーション層には別個のプロトコルはありません。画像表示のエンコードなどを表すために使用されます。
プレゼンテーション層のさまざまな機能を次に示します。
機能1：データフォーマット変換
データ形式を変換する理由: ホストごとにエンコードや表現方法が異なるため、異なるホスト間でデータや情報を交換できるようにするには、データ形式変換の機能を実装するプレゼンテーション層が必要です。
実践例 1: 例えば、中国人とタイ人が会話している場合、母国語しか理解できない場合は翻訳者が必要となり、プレゼンテーション層が翻訳の役割を果たします。
実践例 2: データ リンク上で送信されたビット ストリームは、最終的に画面上で jpg 画像に変換され、プレビュー用に開くことができます。
機能 2: データの暗号化と復号化
暗号化と復号オリジナル: パスワードの文字列を相手のホストに送信し、そのパスワードを直接バイナリ通信に変換すると、リンクから平文通信が他人に盗まれる可能性があります。データは暗号化され、受信側で復号化されます。
実際のケース: 対象者に一連のパスワードを送信しました。実際の中間プロセスは暗号化されていましたが、対象者の携帯電話には平文で表示されました。
機能 3: データの圧縮と復元
実際のケース：ビデオチャットの画像は送信時に圧縮され、相手が受信するときに解凍されるため、通信量が削減されます。
③セッション層
会话层: プレゼンテーション層エンティティ/ユーザー プロセスに接続を確立し、その接続上でデータを秩序正しく送信する機能を提供します。
- 接続が確立されている場合にのみデータを転送できます。
担当機能: これはセッションであり、同期 (SYN) の確立でもあります。
主なプロトコル：ADSP、ASP。
例: たとえば、ブラウザ上で 2 つのウィンドウが開かれ、1 つは Baidu、もう 1 つは映画であり、この時点で対応する URL が開かれると、実際には接続が確立され、いずれかの Web 上での操作が行われます。ページは他のページには影響しません。
含まれる機能は次のとおりです。
機能 1: セッションの確立、管理、終了
たとえば、ブラウザで Web ページを開くことはセッションを確立することと同等であり、Web ページを閉じることはセッションを終了することと同等です。
機能 2: チェックポイントを使用すると、通信が失敗した場合にセッションがチェックポイント/同期ポイントから通信を再開し、データの同期を実現できます。
例: たとえば、非常に大きなファイルを送信する場合、データ ストリームは実際には複数の部分に分割され、各部分にチェック ポイントまたは同期ポイントが挿入されますが、異常終了または通信が失敗すると、この時点でセッションは終了しますが、この同期/チェックポイントにより、再接続を待ち、中断された位置から直接再送信します。
- そのような同期/チェックポイントが存在しない場合は、最初から再送信が可能です。
④トランスポート層
传输层: ホスト内の 2 つのプロセス間の通信、つまりエンドツーエンドの通信を担当します。
- 上位 4 つの層はエンドツーエンド通信で、下位の 3 つの層はポイントツーポイントです。これは、送信プロセスが複数の中間システム (ルーター、スイッチなど) を通過する可能性があり、下位の 3 層だけが存在するためです。したがって、下位 3 つのフロアはポイントツーポイントです。
- エンドツーエンド通信とは、異なるホスト上で動作する 2 つのプロセス間の通信を指し、各プロセスはポート番号という番号を使用して識別します。
送信単位：メッセージセグメントまたはユーザーデータグラム。
主なプロトコル：TCP、UDP。
次の 4 つの関数が含まれています。
機能1：確実な伝送、不安定な伝送
- 確実な送信は確認メカニズムのプロセスに基づいており、大きなファイルを送信する場合、実際には複数のメッセージに分割され、1 つずつリンク上に配置されて送信されます。受信側に送信された後、受信メッセージごとに、 , 受信側 受信したことを知らせる確認メッセージが返され、送信側はこの確認メッセージを受信した後も送信を続けることができます。送信者が送信したメッセージが確認メッセージを受信しない場合、送信者は確認メッセージを受信するまでメッセージを再送信してから、新しいメッセージの送信を続けます。
- 信頼性の低い送信方法: 非常に小さなデータの場合、実際には信頼できる送信方法を使用する必要はありません。最初に接続を確立すると非常に時間がかかるため、最初に接続を確立してから送信する必要はありません。直接送信します。データパケット。
機能2：エラー制御
説明: 発生するエラーを制御します。送信するメッセージ セグメントの一部が失われたり、順序が間違っている場合、トランスポート層はこれらのエラーを修正してエラーを修正します。
機能 3: フロー制御
説明: 送信者がデータを送信する速度を制御します。受信者が受信するのに遅すぎる場合、または何らかの理由でリンクが混雑している場合、受信者は送信者に通知し、送信者は送信速度を下げるため、これが呼ばれます。フロー制御。
機能4：再利用と分別
- 再利用: 複数のアプリケーション層プロセスが、基礎となるトランスポート層のサービスを同時に使用できます。
- 分散化: トランスポート層は、受信した情報を上のアプリケーション層の対応するプロセスに配信します。
再利用と分離を理解するために例を挙げます。携帯電話 A には 2 つのアプリケーションがあります。1 つはプロセス 1 を占有する QQ で、もう 1 つはプロセス 2 を占有する WeChat です (携帯電話 B の QQ プロセスと WeChat プロセスも同じポートを持っています)。この時、QQ と WeChat は同じポートを使用しており、携帯電話 B にメッセージを送信します [多重化] この時、送信される 2 つのメッセージはセグメントメッセージの形式になります QQ メッセージにはプロセス番号が付きますそして、WeChat メッセージは次のステップの送信のためにトランスポート層に配置されます。[分割] 受信側は送信されたメッセージを実際に分解し、対応するプロセス番号に従って指定されたプロセスのユーザー領域にコピーします。
チェックして使用できる（不良の場合は保持することもできる）という 4 つの機能を覚えておいてください。
⑤ネットワーク層
网络层: 主なタスクは、パケットを送信元から宛先に送信し、パケット交換ネットワーク上のさまざまなホストに通信サービスを提供することです。
ネットワーク層の伝送単位：データグラム。
データグラムとパケットの関係を理解する: データグラムが長すぎる場合、データグラムは次々に小さなパケットに分割され、送信のためにリンク上に配置されることがあります。これにより、送信中の柔軟性が高まり、消費量が減ります。
主なプロトコル：IP、IPX、ICMP、IGMP、RARP、OSPF。
4 つの主な機能:
機能 1: ルーティングの選択。
目的: 適切なルートを選択します。このとき、データを送信したい送信者がいる場合、その時点で取り得る方向は複数ある可能性があり、それらに基づいて最も適切な経路であるベストパスを計算して選択することができます。そのときのネットワーク状況とそれに対応するルーティング アルゴリズムに応じて、パケットが送信側から受信側に正しくまたはスムーズに届くようにします。
機能 2: フロー制御。
目的: 送信者と受信者の間で速度の問題を調整するために使用されます。送信者の送信が速すぎて受信者が受信する時間がない場合、送信者に通知して送信速度を制御できます。
機能 3: エラー制御。
目的: 2 つの通信ノード間でパリティ チェック コードなどの特定のルールが取り決められており、受信側はこれらのルールに基づいて受信したパケットにエラーがあるかどうかをチェックし、エラーがある場合は修正します。そうすることで、上のトランスポート層によって送信されたデータが正しいことを確認できます。
機能 4: 輻輳制御。
目的: 送信側の速度を主に制限するフロー制御と比較して、輻輳制御は全体の状況を対象とし、マクロな観点から全体の速度を制御します。
- すべてのノードがパケットを受け入れる時間がなく、大量のパケットを破棄しなければならない場合、ネットワークは輻輳状態になるため、この輻輳を緩和するために何らかの措置を講じる必要があります。
⑥データリンク層
数据链路层: ネットワーク層から送信されたデータグラムを組み立てます帧。
データリンク層／リンク層送信単位：帧．
主なプロトコル：SDLC、HDLC、PPP、STP。
含まれる機能は次のとおりです。
機能 1: フレーミング (フレームの開始と終了を定義する)
例:…100000010110010101
データ パケットがフレームに組み立てられた後、比較的長いビット ストリーム シーケンスが形成されますが、このようなビット ストリーム シーケンスでは、フレームの開始位置と終了位置を定義する必要があります。フレームの開始とフレームの終了 0 と 1 の組み合わせをいくつか定義します。このように定義された後、受信側はフレームを受信するときにフレーム データの一部を抽出し、ネットワーク層に渡します。カプセル化解除の次のステップに向けて。
機能2：エラー制御（フレームエラー＋ビットエラー）
これら 2 つのエラーに対して、データ リンク層には対応するエラー検出または修正方法が用意されています。エラーが見つかった場合、送信の継続とリソースの浪費を避けるために、エラーのあるフレームは単に破棄されます。データの修正が必要な場合は、データ修正が必要です。信頼性の高い伝送プロトコルを使用してエラーを修正できます。
ここで、エラー制御はエラーを検出して修正できます。
機能 3: フロー制御
目的: 送信者と受信者間の調整の問題。受信側のキャッシュが十分でない場合、今回送信したデータは破棄されますが、このとき送信側はゆっくり送信し、バッファに空きができるまで待ってから再送信するように指示されます。
機能4：アクセス（アクセス）制御
コア: チャネルへのアクセスを制御します。
目的: 現時点では 4 つのホストがあり、このバス タイプを使用して接続されています。ブロードキャスト ネットワーク内にある場合、データ コンテンツ層はこのアクセス制御の問題に対処し、どのホストを制御するかを指定する必要があります。これで占有できるようになります。チャネル。ブロードキャスト ネットワークでは同時にメッセージを送信できるのは 1 人だけで、他の人は全員がリッスン状態になるため、データ コンテンツ層は特別なサブ層によってそのような共有チャネルへのアクセスを制御できます。メディア アクセス サブレイヤ:特に制御の問題に対処します。
⑦物理層
物理层: 主なタスクは、物理メディア上でビット ストリームの透過的な伝送を実現することです。
- 物理メディアには、同軸ケーブル、ツイストペア、電波などがあります。
物理層の送信単位は次のとおりです比特。
主な物理層プロトコル: RJ45、802.3。
透過的送信: リンク上で送信できる必要がある送信データの任意の組み合わせを指します。(あなたが私に与えてくれたものは何でも送信します)、一連のビット ストリームを受信すると、物理層はそれらを電気信号の形式に変換し、リンク上に拡散します。
機能には次のものが含まれます。
機能 1: インターフェイスの特性を定義します。
たとえば、ケーブルを接続するプラグのピンの数や、各ピンをどのように接続するかを決定することは、インターフェイス特性の一部です。
機能 2: 送信モードの定義
片面、半二重、二重の3種類。
- シンプレックス：一方向のみが使用でき、同時に通話できるのは 1 人だけです。
- 半二重: 2 人が受信者または送信者になることができますが、同時に通話できるのは 1 人だけです。
- 二重: 送信側の両方の人が受信者または送信者になることができ、両方の人が同時に通話できます。
機能 3: 送信速度を定義します。
たとえば、10 Mbit/s と 100 Mbit/s は物理層によって定義されます。
機能 4: ビット同期。
同期とは、送信者が 1 を送信し、受信者が 1 を受信できることを意味します。ビット同期を確実にするには、適度な速度が必要です。
機能 5: ビットエンコーディング。
例えばマンチェスター符号などでは主に0と1、どのような電圧が1を表し、どのような電圧が0を表すかを規定しています。
マインドマップの瞬間
2.3. TCP/IP参照モデルと5層参照モデル
2.3.1. OSI モデルと TCP/IP モデルの比較
OSI は法的な標準であり、TCP/IP は実用的な標準です。
1つ目はTCP/IPから生まれたプロトコルスタックで、これをベースに階層化して階層ごとにこのような参照モデルを作成します。
- OSI は理論が先ですが実践はありません。TCP/IP は理論が先で実践が先で、その後に参照モデルがあります。
- ネットワークインターフェース層：インターフェースに相当するというだけで、詳細が規定されていない部分もあります。
- インターネット層: この機能は OSI に似ており、データグラムをパケットに分割して任意のネットワークに送信し、ルーティングの選択を実行します。
- トランスポート層: エンドツーエンドまたはプロセス間通信を実装します。
- アプリケーション層: プレゼンテーション層、セッション層、アプリケーション層を組み合わせ、3 つの層で使用されるプロトコルを統合します。
TCP/IPプロトコルの名前の由来：まず第一に、それは層ごとのスタック構造であり、最初に登場し、後に登場したプロトコルスタックの参照モデルです。上から順に、TCP プロトコルと IP プロトコルは非常によく使用される 2 つのプロトコルなので、TCP/IP プロトコルと呼ばれます。もちろん、このプロトコル スタックにはこれら 2 つのプロトコル以外のプロトコルも含まれます。
2.3.2. OSI 参照モデルと TCP/IP 参照モデルの類似点と相違点
OSI 参照モデルには、TCP/IP 参照モデルと同じ点があります。
1. レイヤリングを採用。
2. 独立したプロトコルスタックの概念に基づいています。
3. 異種ネットワーク相互接続が実現可能。
OSI 参照モデルと TCP/IP 参照モデルの違いは次のとおりです。
1. OSIはサービス、プロトコル、インターフェースの3点を定義します。
2. OSI には最初に参照モデルがあり、次にプロトコルがあり、特定のプロトコルに偏っていませんが、TCP/IP では最初にプロトコルがあり、次に参照モデルが設計されます。
3. TCP/IP 設計の当初から、異種ネットワーク相互接続の問題が考慮され、IP が重要な層と見なされていました。
4. ネットワーク層とトランスポート層におけるOSI参照モデルとTCP/IPモデルの違い
- 信頼性の高い伝送を実現するにはトランスポート層が存在する必要があるため、両方の参照モデルは接続指向です。
面向连接: ① コネクションを確立し、現段階でコネクション確立要求を発行します。② 接続が正常に確立されて初めてデータ送信が開始されます。③データ送信が完了したらコネクションを解除する必要があります。- コネクションレスの場合: 接続の確立または終了フェーズはなく、データ送信が直接実行されます。
2.3.3. 5層参照モデル
5 層参照モデル: OSI と TCP/IP の利点を組み合わせた
应用层: さまざまなネットワークアプリケーションをサポートします。
- プロトコル: FTP、SMTP、HTTP。
传输层: プロセス間データ転送。
- プロトコル: TCP、UDP。
网络层: 送信元ホストから宛先ホストへのデータ パケットのルーティングと転送。
- プロトコル: IP、ICMP、OSPF。
数据链路层: ネットワーク層から送信されたデータグラムをフレームに組み立てます。
- プロトコル: イーサネット、PPP。
物理层：ビット送信。
- プロトコル: RJ45、802.3。
2.3.4. 5層参照モデルのデータのカプセル化とカプセル化解除
例: ホスト A がホスト B にメッセージを送信します。
ホスト A の送信プロセス: ① まず、データがアプリケーション層に入り、対応する PCI プロトコルが追加されてメッセージが形成されます。②トランスポート層に入るとメッセージはセグメントに分割され、再度トランスポート層の制御情報が追加されます。③ネットワーク層に入ると、メッセージセグメントがデータグラムにカプセル化されます。④ データリンク層に入るにはフレーミングが必要です。⑤ フレームを直接ビットストリームに変換して送信します。
ホスト B の受信プロセス: まず、物理層がビット ストリームを受信し、各層で順番に復元し、最終的にホスト A が送信したデータを取得します。
マインドマップの瞬間
第 1 章 知識のまとめ
主催：ロングロード時間：2023.7.22-26