• 计算机网络---第一章


    计算机网络—第一章

    1.1.1 概念、组成、分类

    1. 计算机网络的概念

    1. 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

      1. 分散:指的是地理位置不同

      2. 独立:功能不一样相互独立

      3. 通信设备: 交换机和路由器

      4. 线路: 端系统和通信设备连接的介质

      5. 计算机网络是一个互连的、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

    2. 计算机网络的功能

    1. 数据通信: 保证连通性
    2. 资源共享: 硬件、软件、数据
    3. 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
    4. 提高可靠性:
    5. 负载均衡:分布式处理的好处

    3. 计算机网络的组成

    1. 组成部分:硬件、软件、协议
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    2. 工作方式:

      工作方式
      边缘部分 用户直接使用
      c/s 方式
      P2P 方式
      核心部分 为边缘部分服务

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    3. 功能组成:

      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
      • 数据通信

      • 资源共享

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    4. 计算机网络的分类

    1. 按分布范围: 广域网 WAN城域网 MAN局域网 WAN个人区域网 PAN

      广域网: 通常跨国 交换技术

      城域网: 一个城市

      局域网: 几千米 广播技术

      个人局域网: 智能手机、手表

    2. 按使用者分:
      公用网:

      专用网:

    3. 按交换技术:电路交换、报文交换、分组交换

    4. 按拓扑结构分:
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    5. 按传输技术:
      广播式网络: 共享公共信道
      点对点网络: 使用分组存储转发路由选择机制

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    1.1.2 标准化工作以及相关组织

    1. 标准化工作

    1. 标准的分类
      法定标准: 由权威机构指定的正式的、合法的标准
      事实标准: 某些公司的产品在竞争中占据了驻留,时间长了。这些产品的协议和技术成为了标准

    1.1.3 速率相关的性能指标

    1. 速率

    1. 速率是指数据率数据传输率比特率
    2. 定义: 连接在计算机网络上主机在数字信道上传送数据位数的速率
    3. 单位: b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s

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    2. 带宽

    1. 定义: 在计算机网络中,带宽用来表示网络的通信线路传递传送数据的能力,通常是指单位时间内从网络的某一点到另一点通过的最高数据率,单位和速率相同
    2. 解释:
      • 带宽就好比现在有一堆公交车,上面全部坐满了人,公交车从停车点出发,其载人的数量。带宽的大小就是公交车载的人数
      • 速率就好比公交车的速度,公交车的速度越大,在单位时间内走的距离也就越大

    3. 吞吐量

    1. 表示单位时间 内通过==某个网络(或信道、接口)==的数据量。单位和速率相同
    2. 吞吐量受网络带宽或网络的额定速率的限制

    解释:
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    1.1.4 时延、时延带宽积、RTT、利用率

    1. 时延

    1. 定义: 将数据(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,单位为 s

    2. image-20220720111742817

    3. 解释:

      现在我们有一堆人要从 A 到 B,坐公交车走(需要上高速)

      1. 发送时延:就是我们所有人上公交车,在到所有公交车从停车点出去
      2. 传播时延:所有公交车从 A 开到高速口所用的时间
      3. 排队时延: 你到高速口,有人在前面排队,公交车需要排在人家后面。从公交车排队开始到真正在高速上行驶的这一段时间。(输出链路:你排队的时间。输入链路: 就是你在高速匝道上行驶的时间)
      4. 处理时延: 公交车到高速口,会被警察叔叔检查一下有没有带什么违禁物品以及危险的东西,这就是检错。找出口就是公交车下高速的时候需要辨别一下是不是要下高速的地方
      5. 高速链路: 是指我们从停车场上路的时候,公交车允许载人的数量,这个数量越大,那么我们的 “发送时延" 也就越小

    2. 时延带宽积

    1. 公式:
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    2. 时延带宽积又称以比特为单位的链路长度,即: 某一段链路现在有多少比特

    3. 解释:

      参考上面的例子(排队时延): 假设你的车队数量无限,从第一辆车发动到高速口的这一段时间,从停车点的出口开始算起到第一辆车上的所有人就称为时延带宽积

    3. 往返时延 RTT

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

    2. RTT 越大,在未收到确认之前,可以发送的数据越多

    3. RTT 包括
      往返传播时延=传播时延 *2
      末端处理时间
    4. 解释:

      就好比我们一直从从 A 发车到 B ,到 B 的车需要在返回到 A,第1号车从 A 发出到达 B (末端处理时间就好比我们的车装了货物需要卸到 B处),然后第 1 号车随即返回 A 处,等到第 1 号车进入 A 地,从 A 到 B 到 A 的时间就称为 RTT

    4. 利用率

    1. 利用率:

      1. 信道利用率:
        有数据通过的时间 ( 有 + 无 ) 数据通过的时间 \frac {有数据通过的时间}{(有+无)数据通过的时间} (+)数据通过的时间有数据通过的时间

      2. 网络利用率:信道利用率的加权平局值

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    5. 总结

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    1.2.1 分层结构、协议、接口、服务

    1. 分层结构

    1.1 为什么要分层

    现在我们要将一个文件,从 A 发送到 B,那需要准备什么呢?

    1. 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活
    2. 要告诉网络如何识别主机
    3. 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
    4. 发起通信的计算机要弄清楚,对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作
    5. 确保差错和意外可以解决

    因为这一系列的太过庞大,所以我们将其分为一个一个小问题

    2. 怎么分层

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    3. 认识分层结构

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    4. 总结

    1. 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
    2. 计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构
    3. 每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能
    4. 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
    5. 第 n 层向 n+1 层提供服务是,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
    6. 仅仅在相邻层间有接口,且所能提供的服务的具体实现细节上对上一层完全屏蔽
    7. 体系结构是抽象的,而实现是指能运行的一些软件和硬件
    8. 脑图:
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    1.2.2 七层 OSI 参考模型

    计算机网络分层结构
    7 层 OSI 参考模型 法定标准
    4 层 TCp/IP 参考模型 事实标准
    5 层体系结构
    1. 目的: 支持异构网络系统的互联互通

    2. image-20220720131434832

    3. 应用层: 所有能和用户交互产生网络流量的程序

    4. 表示层: 用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式 (语法和语义)

      • 功能一: 数据格式转换
      • 功能二: 数据加密解密
      • 功能三: 数据压缩和恢复
    5. 会话层: 向表示层的实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据,也是建立同步 (SYN)

      • 功能一: 建立、管理、终止会话
      • 功能二: 使用校验点可使会话在通信失效时从检验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步(将数据进行分段,在发送数据的时候就从原来一次性发送变为一段一段发送,这样当网络故障的时候,就不需要从头传输,只需要传输丢失的部分即可)
    6. 传输层: 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

      • 功能一: 可靠传输、不可靠传输
      • 功能二: 差错控制
      • 功能三: 流量控制
      • 功能四: 复用分用
        • 复用: 多个应用进程可以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中相应的进程
        • 解释:复用就是手机里面 QQ 和微信的信息可以合在一个数据报中发送。分用就是在一个数据报中有多个应用的信息时运输层能够完成分类将对应的信息发送给对应的应用
      • 主要协议: TCP(可靠传输模式)、UDP(不可靠传输模式)
    7. 网络层:主要任务就是把分组从源设备传到目的设备,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

      • 功能一:路由选择: 使用最佳路径进行传输
      • 功能二: 流量控制: 协调发送端和接收端的传输速率
      • 功能三: 差错控制: 检查接收到的分组是否有差错
      • 功能四: 拥塞控制: 如果网络中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,因此要采取一定的措施,缓解这种拥塞
      • 主要协议: IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
    8. 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。数据链路层的传输单位是

      • 功能一: 成帧: 定义帧的开始和结束
      • 功能二: 差错控制 帧错+位错, 为提供可靠数据通信提供可能
      • 功能三: 物理地址 48位,理论上唯一的网络标识,烧录在网卡中,就是 MAC 地址
      • 功能三: 流量控制,降低发送端的发送速度
      • 功能四: 访问接入控制 控制对信道的访问
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      • 主要协议: SDLC、HDLC、PPP、STP
    9. 物理层: 主要任务就是在物理媒体上实现比特流的透明传输,物理层传输的单位是比特

      • 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
      • 功能一: 定义接口特性
      • 功能二: 定义传输模式
        • 单工: 单方向的传输,只能由 A 到 B
        • 半双工:单方向的传输,只不过 A B 都可以作为发送端
        • 双工: 双向的传输
      • 功能三: 定义传输速率
      • 功能四: 比特同步
      • 功能五: 比特编码
      • 主要协议: Rj45、802.3

    1.2.3 TCP/IP 参考模型和 5层参考模型

    1. OSI 参考模型与 TCP/IP 参考模型

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    1. 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
    2. 不同点:

      1. OSI 定义三点: 服务、协议、接口

      2. OSI 先出现,参考模型先于协议发明,不偏向特定协议

      3. TCP/IP 设计之处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TCP/IP 模型
        网络层无连接+面向连接无连接
        传输层面向连接无连接+面向连接

        面向连接: 分为三个阶段:

        1. 第一阶段: 是建立连接,在此阶段发出一个建立连接的请求。
        2. 第二阶段: 只有在连接成功建立后,才能开始数据传输
        3. 第三阶段: 当数据传输完毕后,必须释放连接

        无连接: 直接进行数据传输

    2. 五层参考模型

    综合了 OSI 和 TCP/IP 的优点:

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    3. 五层参考模型的数据封装和解封装

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    总结

    在线思维导图

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  • 原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_53150482/article/details/125892675