计算机网络之体系结构

Posted 2022-10-16 blknemo

计算机网络概述

组成

• 从组成成分上看，主要由硬件、软件、协议
• 从工作方式上看，可分为边缘部分和核心部分
• 从组成功能上看，由资源子网与通信子网构成，与上面的边缘、核心一一对应

功能

• 数据通信
• 资源共享
• 分布时处理
• 提高可靠性
• 负载均衡

分类

• 按分布范围分类：
  • 广域网(WAN, Wide Area Network)
  • 城域网(MAN, Metropolitan Area Network)
  • 局域网(LAN, Local Area Network)
  • 个人区域网(PAN, Personal Area Network)
• 按传输技术分类：
  • 广播式网络
  • 点对点网络

• 按拓扑结构分类：

  网络拓扑结构是指由网中结点（路由器、主机等）与通行线路（网线）之间的几何关系表示的网络结构，主要指通信子网的拓扑结构。

  • 星形网络
  • 总线型网络
  • 环形网络
  • 网状形网络

星形、总线型和环形网络多用于局域网，网状形网络多用于广域网

• 按使用者分类：
  • 公用网(Public Network)
  • 专用网(Private Network)
• 按交换技术分类
  • 电路交换网络：
    • 优点：
      • 数据直接传送、时延小
    • 缺点：
      • 线路利用率低、不能充分利用线路容量、不便于进行差错控制
  • 报文交换网络：
    • 优点：
      • 可以较为充分地利用线路容量
      • 可以实现不同链路之间不同数据率的转换
      • 可以实现格式转换
      • 可以实现一对多、多对一的访问
      • 可以实现差错控制
    • 缺点：
      • 增大了资源开销（如辅助信息导致处理时间和存储资源的开销）
      • 增加了缓冲时延，需要额外的控制机制来保证多个报文的顺序不乱序
      • 缓冲区难以管理（因为报文的大小不确定，接收方在接收到报文之前不能预知报文的大小）。
  • 分组交换网络，也称包交换网络
    • 优点：
      • 具备报文交换网络的优点
      • 缓冲易于管理；
      • 包的平均时延更小，网络占用的平均缓冲区更少；
      • 更易于标准化；
      • 更适合应用。（主流）
• 按传输介质分类：
  • 有线
  • 无线

性能指标

• 带宽(Bandwidth)：在计算机网络中，表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是比特/秒(b/s)
• 时延(Delay)：指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一段传送到另一端所需要的总时间，它由4部分构成：发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。（总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延）
  • 发送时延也称传输时延：\\[发送时延=分组长度/信道宽度\\]
  • 传播时延：\\[传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率\\]
  • 处理时延

  • 排队时延

    ** 注意：**做题时，排队时延和处理时延一般可忽略不计（除非题目另有说明）。

另外，对于高速链路，提高的仅是数据发送速率，而非比特在链路上的传播速率。提高数据的发送速率只是为了减少数据的发送时延。

• 时延带宽积=传播时延*信道带宽（即 管道体积=长度*横截面面积）
• 往返时延(Round-Trip Time, RTT)
• 吞吐量(Throughput)：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。
• 速率(Speed)：指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率或比特率，单位为b/s（比特/秒）（或bit/s，有时也写为bps）。通常把最高数据率称为带宽。

计算机网络体系结构与参考模型

计算机网络分层结构

计算机网络的各层及其协议的集合称为网络的体系结构(Architecture)。

• 在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两部分：一是数据部分，即SDU；而是控制信息部分，即PCI，他们共同组成PDU。
  • 服务数据单元(SDU)：指为完成用户所要求的功能而应传送的数据（即 层与层之间交换的数据的单位）
  • 协议控制信息(PCI)：控制协议操作的信息（即 协议）

  • 协议数据单元(PDU)：对等层次之间传送的数据单位称为该层的PDU（PCI(协议)+SDU(数据)=PDU(报文)）

    在实际的网络中，每层的协议数据单元都有一个通俗的名称，如物理层的PDU称为比特，链路层的PDU称为帧，网络层的PDU称为分组，传输层的PDU称为报文。

  • 三者关系：（n-SDU+n-PCI=n-PDU=(n-1)-SDU）
    在各层间传输数据时，把从第n+1层收到的PDU（报文）作为第n层的SDU（数据），再加上第n层的PCI（协议），就变成了第n层的PDU。

ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型

1，OSI，TCP/IP，五层协议的体系结构，以及各层协议

OSI分层 （7层）：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分层（4层）：网络接口层、 网际层、运输层、 应用层。
五层协议 （5层）：物理层、数据链路层、网络层、运输层、 应用层。

• OSI参考模型
  • 物理层(Physical Layer)
  • 数据链路层(Data Link Layer)
  • 网络层(Network Layer)
  • 传输层(Transport Layer)
  • 会话层(Session Layer)
  • 表示层(Presentation Layer)
  • 应用层(Application Layer)
• TCP/IP模型
• 网络接口层
• 网际层
• 运输层

• 应用层

• 每一层的协议如下：
  物理层：RJ45、CLOCK、IEEE802.3 （中继器，集线器，网关）
  数据链路：PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC （网桥，交换机）
  网络层：IP、ICMP、ARP、RARP、OSPF、IPX、RIP、IGRP、 （路由器）
  传输层：TCP、UDP、SPX
  会话层：NFS、SQL、NETBios、RPC
  表示层：JPEG、MPEG、ASII
  应用层：FTP、DNS、Telnet、SMTP、HTTP、WWW、NFS

• 每一层的作用如下：
  物理层：通过媒介传输比特,确定机械及电气规范（比特Bit）

数据链路层：将比特组装成帧和点到点的传递（帧Frame）

网络层：负责数据包从源到宿的传递和网际互连（包PackeT）

传输层：提供端到端的可靠报文传递和错误恢复（段Segment）

会话层：建立、管理和终止会话（会话协议数据单元SPDU）

表示层：对数据进行翻译、加密和压缩（表示协议数据单元PPDU）

应用层：允许访问OSI环境的手段（应用协议数据单元APDU）