计算机网络

Posted 2022-11-23 coderlin_

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，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。
计算机系统可以是手机，电脑等等。通信设备可以是路由等等。

• 计算机网络，通信设备，线路等搭建成一个架子。而通过软件才能实现资源共享。
• 就好比前三个组成一个毛胚房，不能住人，而通过软件装修之后，才可以住人。

计算机网络是互联的，自治的计算机集合。

• 互联：互联互通，通信链路。
• 自治：无主从关系。

计算机网络功能

• 1数据通信（连通性）
• 2 资源共享【 硬件（打印机）， 软件， 数据（百度文库）】
• 3 分布式处理：多套计算机各自承担同一工作任务的不同部分。（Hadoop平台）
• 4 提高可靠性 （一台down有另一台帮忙）
• 5 负载均衡（分担流量）

组成

组成部分

计算机网络由硬件，软件，协议组成

• 硬件主要包括主机（端系统），链路（光纤），通信设备（路由）
• 软件，安装在端系统上的软件，如微信，qq等等。
• 协议：一系列规则和约定的集合。如http， tcp等等

工作方式!!

边缘部分

用户直接使用，主要有C/S方式，p2p方式。

核心部分

为边缘部分服务（贤内助）

功能组成!!

通信子网

实现数据通信

资源子网

实现资源共享和数据处理。

七层结构的分配：

• 物理层，数据链路层，网络层属于通信子网，他们是各种传输介质，通信设备，相应的网路协议组成。如路由器，交换机，网桥，集线器等。
• 会话层，表示层，应用层则属于资源子网。他们是实现资源共享功能的设备和软件的集合。
• 传输层则是两个子网的接口。

资源子网的功能类似于买了一个快递，店家帮你做了一个漂亮的包装。
通信子网的功能类似于店家将快递交给顺丰，顺丰帮忙送货。

计算机网路分类

• 按分布范围分：广域网WAN（跨国），城域网MAN（同城），局域网LAN（小地方），个人区域网PAN（家里）
• 按使用者分：公用网（电信，移动），专用网（军队）
• 按交换技术分: 电路交换，报文交换，分组交换。
• 按拓扑结构分：总线型，星型，环型，网状型。
  
  网状型常用于广域网。
• 按传输技术分：广播式网络（所有主机共享公共通信信道，比如村里开广播），点对点网络（使用分组存储转发和路由选择机制。）

总结：

标准化工作

计算机网络的标准化工作。

• 法定标准：由权威机构制定的正式的，合法的标准，比如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，这些产品的协议和技术就成了标准。如TCP/IP

性能指标

速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率。
比特： bit
速率单位是：b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s
比如一秒之内传递了10个比特，那么就是10b/s。

带宽

• 带宽原本是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）
• 计算机网络之中，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一点到另一点所能通过的最高数据率。单位是 比特/s。如b/s kb/s mb/s gb/s，可以理解成比特进入信道的速率。传输的速度是一样的，但是带宽越大，同时进入信道的比特就越多。

吞吐量

• 吞吐量表示单位时间内通过某个网络（或信道，接口）的数据率，单位是b/s，kb/s, mb/s等
• 吞吐量受网络的带宽或者网络的额定速率的限制。

速率就是实际网速，带宽是理论网速，吞吐量是一个或多个设备的综合速率，比如家里的电信宽带是300M，这就是带宽。实际网速大概是20m/s，这就是速率，吞吐量就是比如有两个手机连着，吞吐量就是速率之和40m/s。

时延

• 时延是指数据（报文/分组/比特流）从网络的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟和迟延。单位是s。

发送时延（传输时延）

从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送到信道之上所需要的时间。
发送时延=数据长度/信道带宽，也就是刚才说的带宽，他可以决定比特进入信道的速率、

传播时延

就是比特在信道上传输所花费的时间。取决于电磁波传播速度和链路长度。
传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率。

排队时延

排队等待路由器处理的时间。数据在路由器前等待前面数据处理的时间

处理时延

路由器检查数据时间，找对应出口的时间。也就是数据在路由器中处理需求的时间

使用更高的带宽，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。

时延带宽积

• 时延带宽积(bit) = 传播时延（s） * 带宽 (b/s)
• 用来计算当前链路有多少比特数据。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。

往返时延RTT

• 往返时延RTT，就是指发送到发送数据，到接收方返回数据，再到发送方收到接收方的确认信息，总共花费的时间。
• RTT = 传播时延*2 + 接收方处理的时间。

利用率

• 信道利用率 = 有数据通过的时间/ (有+无)数据通过时间 ，就是看链路的利用效率。
• 网络利用率 = 信道利用率 加权平均值

利用率越大，时延越高。

分层结构

为什么要分层？

两台计算机发送文件要考虑到种种问题，为了解决这些问题，也是采用了以大化小，将大问题拆分成几个小问题来解决。
我们可以借鉴发快递的流程。

我们准备发送一瓶红酒，将其包装，然后打包，通过物流发送。接收方收到货后拆分包装，得到红酒。
我们引入计网的概念。

• 实体，比如红酒，就是一个实体。接收方得到后的红酒，也是一个实体，他们属于对等实体。
• 协议：用棉花包装后的酒也属于一个实体，接收方得到的棉花包装的酒，也是一个实体。他们属于对等实体。协议就是，规定，如何用棉花包装，发送方如何包装，接收方如何拆分等的规定，就是协议，协议只能出现在对等实体上。

分层基本原则：

正式认识分层结构

• 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。
• 协议：为进行网络中的对等实体进行数据交换而建立的规则，标准或者约定。就称为网络协议。
  协议三要素：语法：规定传数据数据的格式。语义：规定所要完成的功能。同步：规定各种操作的顺序。
• 接口（访问服务点sAP）: 上层使用下层服务的入口。
• 服务：下层为相邻上层提供的功能调用（垂直）

数据封装

• 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协议控制信息：控制协议操作的信息
• PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

总结

• 网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构的。
• 计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构
• 每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。
• 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。
• 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n-1等下层服务提供的功能。
• 仅仅在相邻间有接口。且所提供的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。

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、），根据他们的优点和缺点，总结得到五层的体系结构，方便我们学习。

ISO/OSI

为了解决计算机网络复杂的大问题，产生了分层结构（按功能）

• 中间系统像路由器，是不会用到上面四层的。上面四层实现的是端到端的通信，看上去就好像是A直接发给了B。
• 下面三层实现的是点到点的通信，他只管下一步要干什么，而不会管最后的终点，因为可能会经过多个中间系统。

OSI参考模型通信过程：

数据从应用层到对方的应用层经过了什么。

• 从上而下进行打包，每一层都会加上特定的头部，数据链路层还加上了尾部。
• 物理层（傻瓜层）不会对数据进行处理，只是将数据形成01010…这种比特流的方式，然后放到信道传输。

各层作用

名称	作用	功能	所属
应用层	所有能和用户交互产生网络流量的程序， 比如QQ，邮箱，典型的应用层服务, 文件传输(FTP), 万维网(HTTP)		资源子网（数据处理）
表示层	用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）。	功能一：数据格式交换（翻译官）；功能二： 数据加密解密; 功能三： 数据压缩和恢复	资源子网（数据处理）
会话层	向表示层实体/用户进程 提供建立连接，并在连接上有序的传输数据，这是会话，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，从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步	资源子网（数据处理）
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者用户数据报	功能一：可靠传输（浏览器请求），不可靠传输（qq发送的一条消息）。功能2： 差错控制(报文顺序)。功能3： 流量控制（接收方的接受速率有限）。 功能四：复用（多个应用层进程可以同时使用下面运输层的服务）分用（把收到的信息发别交付给上层进程）。
网络层	主要把分组从源端传到目的端，为分组交换网 上面不同的主机提供通信服务，传输单位是数据报。数据报过长，就可以切割成多个分组传输	路由选择(最佳路径)；流量控制（协议两端速度问题）；差错控制（错误纠错）；拥塞控制（采取措施缓解网络拥塞）；	通信子网（数据通信）
数据链路层	主要任务就是把网络层传下来的数据报组装成帧，单位是帧	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；访问（接入）控制，控制对信道的访问	通信子网（数据通信）
物理层	在物理媒体上实现比特流的透明传输。单位是比特	透明传输：不管传送什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送；定义接口特性，定义传输模式（单工，半双工，双工）；定义传输速率；比特同步；比特编码	通信子网（数据通信）

OSI参考模型与TCP/IP参考模型

OSI：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。
TCP/IP: 网络接口层，网际层，传输层，应用层。先有TCP/IP协议栈，再有TCP/IP模型

不同点：

五层参考模型

综合了OSI和TCP/IP的优点。

名称	作用	协议	单位名称
应用层	支持网络作用	FTM SMTP HTTP	报文
传输层层	进程-进程的数据传输	TCP UDP	报文段
网络层	源主机到目的主机的数据分组路由与转发	IP ICMP	数据报
应用层	把网络层传下来的数据报组装成帧	PPP	帧
应用层	实现比特传输		比特

总结