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QiShunwang

“诚信为本、客户至上”

一、计算机网络概述

2021/6/3 18:46:13   来源:

目录

 

一、计算机网络的概念

1.1 计算机网络 概念

1.2 计算机网络功能

1.3 计算机网络的组成

1.3.1组成部分

1.3.2、工作方式

1.3.3、功能组成

1.4计算机网络的分类

1.5 小结

二、标准化工作

2.1标准的分类

2.2 RFC 因特网标准的形式

2.3标准化工作的相关组织

三、速率相关性能指标

3.1速率

3.2 带宽

3.3 吞吐量

3.4 时延

3.4.1 时延种类

3.5 时延带宽积

3.6 往返时延RTT

3.7利用率

3.8 小结

三、分层结构

1、为什么要分层

2、怎么分层

3、分层结构

4、小结

四、OSI/ISO参考模型

1、ISO/ISO参考模型的由来

2、7层结构表示

3、通信过程

五、OSI各分层认识

1、应用层

2、表示层

3、会话层

4、传输层

5、网络层

6、数据链路层

7、物理层


一、计算机网络的概念

 

1.1 计算机网络 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

 

1.2 计算机网络功能

 

  • 数据通信
  • 资源共享 (硬件 软件 数据)
  • 分布式处理 (多台计算机各自承担同一工作任务的不同部份)
  • 提高可靠性 (一台计算机宕机了,另一台就可以替代继续工作)
  • 负载均衡 (是各个计算机共同工作,减小计算机的压力)

 

1.3 计算机网络的组成

 

1.3.1组成部分

  • 硬件 (主机;链路:比如双绞线、光纤等;通信设备:交换机、路由器等)
  • 软件 (安装在端系统上的应用软件,例如:QQ、微信)
  • 协议 (它是一系列规则还有约定的集合)

 

1.3.2、工作方式

边缘部分:

  • 用户直接可以使用
  • C/S方式
  • P2P方式

核心部分:

  • 为边缘部分服务
  • 包括大量的路由器还有网络

 

1.3.3、功能组成

通信子网:实现数据通信

资源子网 实现资源共享/数据处理

1.4计算机网络的分类

1、按分布范围分:

广域网WAN (通常跨国,范围广)、城域网MAN(城市范围)、 局域网WAN(楼或者公司层次)、 个人区域网PAN(个人智能设备)

2、按使用者分:

公用网: 中国电信、中国移动等;

专用网: 军队、政府、银行、公安;

3、按交换技术分:

电路交换、报文交换、分组交换

4、按拓扑结构分:

总线型、星型、环形、网状行(常用于广域网)

5、按传输技术分:

广播式网络:共享公共通信通道

点对点网络: 使用分组存储转发和路由选择机制

1.5 小结

 

二、标准化工作

标准化对计算机网络至关重要,要实现不同厂商的软、硬件之间相互联通,必须遵守统一的标准。

2.1标准的分类

法定标准:由权威机构制定的正式的、合法的标准 例如:OSI

事实标准: 某些公司的产品在竞争中占据了主流,事件长了,这些产品中的协议和技术就成了标准 TCP/IP

2.2 RFC 因特网标准的形式

RFC(Request For Comments):

所有的因特网标准的形式都是RFC,但不是所有的RFC都是因特网标准

RFC上升为因特网标准的四个阶段:

  • 因特网草案: 这个 阶段还不是RFC文档,将文档发送给 frc-editor@rfc-editor.org进行初步审核。
  • 建议标准: 从这个阶段开始成为RFC文档,其他人可以进行提建议优化。
  • 草案标准: 经过IETF、IAB组织鉴定
  • 因特网标准: 经过IETF、IAB组织鉴定成功后,正式成为因特网标准。

 

2.3标准化工作的相关组织

国际化标准组织: 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 XXXX

三、速率相关性能指标

3.1速率

速率:即数据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的速率,单位是 b/s, kb/s , Mb/s,Gb/s,Tb/s

3.2 带宽

1、”带宽“原本指某个信号具有的频带宽度,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中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/。网络设备所支持的最高速度。

 

3.3 吞吐量

表示在单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量。单位b/s,kb/s,Mb/s等。

吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

吞吐量是指单位时间内实际接受的数据量,带宽是指理想状态下传输的数据量(不可能达到)

 

3.4 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。单位是秒。

3.4.1 时延种类

发送时延: 它发生于主机内部,一般发生在网络适配器中,发送时延=数据长度/信道带宽(发送速率)

传播时延: 它发生在信道传输中 , 传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

排队时延: 等待输入/输出链路可用的时间(路由器正在被使用时,新到达的数据需等待的时间)

处理时延: 检错/找出口(路由器检查接受的数据流是否符合规范的时间以及找到出口所需的时间)

 

3.5 时延带宽积

时延带宽积: 又称为以比特为单位的链路长度,即“某段链路现在有多少比特”。

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

     bit                 s              b/s

 

3.6 往返时延RTT

从发送方发送数据开始,到发送方接收到接收方的确认(接收方收到数据后立即发送确认),总共经历的时延。

RTT越大,在接收到确认之前,可以发送的数据就越多,因为在未接收到确认之前,可以一直发送数据。

RTT包括= 往返传播时延(传播时延*2)+末端处理时间

 

3.7利用率

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

利用率越大,时延就越大,因为相当于在某一时间段内传输的数据较多,易发生阻塞,时延相应就越高。

 

3.8 小结

 

三、分层结构

 

1、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数据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主机是否开机,并且与网络连接正常
  • 发起通信的计算机要弄清,对方计算机中文管理软件程序是否已经做好准备工作。
  • 确保差错和意外可以解决

2、怎么分层

分层的基本原则

  • 各层之间要相互独立,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(下级向上级敬酒)
  • 整个分层应该能促进标准化工作

 

3、分层结构

1、实体: 第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫做对等实体。

2、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(例如以01传输 01010001001001)

语义: 规定每一段语法所代表的含义或功能

同步: 规定各种操作的顺序

3、接口: 访问服务点SAP,上层使用下层服务的入口

4、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协议空竹信息: 控制协议操作的信息(消息添加的头部或尾部,较为重要的信息)

PDU协议数据单元: 对等层次之间传送的数据单位

 

4、小结

  • 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
  • 每层准寻某个/些网络协议完成本层功能
  • 计算机网络体系结构是计算机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
  • 仅仅在相邻层之间由接口,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

四、OSI/ISO参考模型

1、ISO/ISO参考模型的由来

为了解决计算机网络复杂的大问题 而产生的分层结构(按功能)

目的: 支持异构网络系统的互联互通

总结: 理论成功,市场失败

2、7层结构表示

顺口溜: “物联网速会使用”

3、通信过程

通信两端的主机必须包含这7层结构

中间系统只需要包含3层结构(中间系统:路由器,网桥等)

通信过程类似 U型状

五、OSI各分层认识

 

1、应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序(例如:QQ,微信)

注: 不联网就能使用的应用不属于应用层

 

2、表示层

用户处理在两个通信系统中交换信息的表示方式(语法和语义)

功能:

  • 数据格式变换
  • 数据加密解密
  • 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,这是会话,也是建立同步。各会话之间独立互部影响,也就是各进程之间独立互不影响。

功能:

  • 建立、管理、终止会话
  • 使用校验点可使会话通信失效时在失效点/同步点继续恢复通信,实现数据同步(适用于传输大文件)

4、传输层

 

协议: TCP/UDP

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:

  • 可靠传输、不可靠传输(是否验证接收方成功接收到数据)
  • 差错控制(纠正传送的报文段丢失或则顺序错乱)
  • 流量控制(在接收方接收数据的能力范围内进行数据传送)
  • 复用分用

复用:多个应用层进程可同时适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

 

5、网络层

主要任务是把分组从源端到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输服务单位是数据报。

当数据报过于大时,将数据报拆分为一个个的分组进行传输。

 

功能:

  • 路由选择(选择最佳路径、最优情况)
  • 流量控制
  • 差错控制 (校验数据是有错,能纠正就纠正,不能纠正就丢掉,确保传输层传输的数据是正确的)
  • 拥塞控制 (若所有结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。)

 

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。

 

通信帧: 帧描画了以串行流的形式在通信信道上发送的数据的结构。在串行通讯中,数据以流的形式从源端发送到目的端。两个系统共同维护当前的通讯会话。数据流被分成若干个帧,帧是由一个起始位、几个数据位和1个停止位组成的。异步通信帧中数据代表一个字符。以太网帧中的数据包含一个完整的或者部分的信息分组。分组在源端较高层协议中形成并分割进一个或多个帧的数据域中。

功能:

  • 成帧(定义帧的开始和结束) ...0001001100010110...
  • 差错控制 ( 帧错、位错)
  • 流量控制
  • 访问(接入)( 控制 控制信道的访问)

 

 

7、物理层

主要任务是在物理媒体(光纤、电缆等)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:

  • 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