计算机网络概念

计算机网络是互连的、自治的计算机集合。

第一章概念、组成、功能和分类

计算机网络的功能

1. 数据通信

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统一工作任务的不同部分

4. 提高可靠性

替代机

5.负载均衡

计算机网路的组成

1. 组成部分

硬件
软件
协议

2. 工作方式

边缘部分

用户直接使用，例如主机、服务器，有 C/S P2P 方式
核心部分

为边缘部分服务，路由器、交换机、网络等。

3. 功能组成

通信子网

各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成，集线器、中继器（物理层），交换机、网桥（数据链路层），和路由器（网络层）组成，实现数据通信
资源子网

实现资源共享功能的设备和软件的集合，主要是会话层、表示层和应用层。

计算机网络的分类

1.按分布范围分类

广域网 WAN

交换技术
城域网 MAN
局域网 LAN

广播技术
个人区域网 PAN

2. 按使用者分类

公用网

供应商提供公用网络，例如中国电信、联通、移动。
专用网

例如军事专用网，政府专用网。

3. 按交换技术分类

电路交换
报文交换
分组交换

4. 按拓扑结构分类

总线型
星型
环形
网状型

5. 按传输技术分类

广播式网络

共享公共通信信道
点对点网络

使用分组存储转发和路由选择机制

标准化工作

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，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准。例如 TCP/IP

RFC（Request For Comment）-----因特网标准的形式

RFC 要上升为因特网正式标准的四个阶段：

因特网草案，这个阶段还不是 RFC 文档。
建议标准，从这个阶段开始成为 RFC 文档。
草案标准
因特网标准

标准化工作的相关组织

国际标准化组织 ISO

例如 OSI 参考模型、HDLC 协议等
国际电信联盟 ITU

例如指定通信规则
国际电器电子工程师协会 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指定 RFC XXXX

1. 速率相关性能指标

1.1 速率

定义：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:b/s,Kb/s,Mb/s,Tb/s，
如果用字节表示，则是 B/s,KB/s,MB/s,TB/s
1Byte=8Bit

1.2 带宽

在计算机网络中，指的是网络设备所支持的最高速度，单位同速率，是理想条件下最高速率

1.3 吞吐量

指的是单位时间内通过某个网络的数据总量

个人理解

速率就是实际网速，带宽是理论网速（长城宽带警告），吞吐量是一个或多个设备的综合速率，比如说 1000m 宽带的路由器连着三部手机，每部手机都是 10mb/s 看片，那么速率就是 10mb/s，带宽是宽带的 1000m，路由器吞吐量是 30mb/s，即三者之和

2.时延相关指标

2.1 时延

时延包括四大类

名称	描述	计算公式
发送时延	数据从主机到信道上所用的时间	发送的数据长度/发送速率
传播时延	数据在信道上传播所花费的时间	信道长度/电磁波在信道上传播的速率
排队时延	数据在路由器前等待前面数据处理的时间	无计算方式
处理时延	数据在路由器中处理需求的时间	无计算方式

使用高速链路(提高网速)，只能减小发送时延，无法减少其他三个时延

2.2 时延带宽积

公式：时延带宽积=传播时延 x 带宽
意思是链路上有多少比特的数据

2.3 往返时延 RTT

从发送方发送数据开始，到接收方确认收到为止所花费的时间
RTT=传播时延x2+处理时间(有时可能直接忽略)

2.4 利用率

2.4.1 信道利用率

信道利用率=有数据通过时间/有+无数据通过时间

2.4.2 网络利用率

网络利用率=所有信道利用率加权求平均值

2.4.3 时延和利用率的关系图

利用率越高，延迟越大

3. 分层结构

3.1 为什么要分层，分层要做什么

（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目的主机。
（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。

3.2 分层基本原则

各层之间相互独立，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。
保持下层对上册的独立性，上册单向使用下层提供的服务。

3.3 正式认识分层结构

PDU 为下一层的 SDU

4. 参考模型

名称	英文	作用
应用层	Application Layer	直接为用户的应用进程（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务。如 HTTP、SMTP、FTP、DNS 等
表示层	Presentation Layer	把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式，即让两个系统可以交换信息
会话层	Session Layer	负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接
传输层	Transport Layer	负责端到端通讯，可靠传输，不可靠传输，流量控制，复用分用
网络层	Network Layer	负责选择路由最佳路径，规划 IP 地址(ipv4 和 ipv6 变化只会影响网络层)，拥塞控制
数据链路层	Data Link Layer	帧的开始和结束，还有透明传输，差错校验(纠错由传输层解决)
物理层	Physical Layer	定义网络设备接口标准，电气标准(电压)，如何在物理链路上传输的更快

4.1 OSI 流程简介

网络层及以上，每一层都要对上一层发送的数据进行处理（加个头部）
数据链路层不仅需要加头部，还需要加尾部
物理层什么都不加，只管发送数据（比特流）

各层次功能：

应用层

功能：应用程序使用，如 QQ，右键（SMTP），文件传输(FTP)，万维网（HTTP）
表示层

功能：数据格式交换、数据加解密、数据压缩和恢复
会话层

向表示层实体实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据，是会话也是建立同步（SYN）

功能：

1.建立、管理、终止会话

2.使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。适用于传输大文件。
传输层

负责主机中两个进程的通信，即端到端（端口）的通信。传输单位是报文段或用户数据报。

功能：

1.可靠传输、不可靠传输

2.差错控制

3.流量控制

4.复用分用

复用：多个应用层进程可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。
网络层

主要任务是把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。网络层传输单位是数据报。

功能：

1.路由选择
- 选择最佳路径
  
  2.流量控制
  
  3.差错控制
  
  4.拥塞控制
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，传输单位是帧。

功能:

1.成帧：定义帧的开始和结束

2.差错控制（帧错+位错）

3.流量控制

4.访问（接入）控制，控制对信道的访问
物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输，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。

比特流->电信号

功能：

1.定义接口特性（接口类型、引脚等）

2.定义传输模式（单工、半双工、全双工）

3.定义传输速率

4.比特同步

5.比特编码