计算机网络

第一章

概念

计算机网络是将一个分散的、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。总而言之计算机网络是 互联的、自治的计算机集合。

1.1、计算机网络的功能

1）. 数据通信：

	连通性：比如文件的发送就必须在连通的情况下完成。

2）. 资源共享

	包括硬件资源，软件资源，数据的共享。

3）. 分布式处理

	多台计算机各种承担同一个工作的不同部分（Hadoop平台）

4）. 提高可靠性

	比如替代机的使用。（条条大路通罗马）

5）. 负载均衡

	计算机之间可以配合工作。

1.2、计算机网络组成

1）.组成部分

硬件：
主机 线路 路由器 交换机等
软件：
qq wechat 等
协议：
协议是计算机网络的主要组成，就是规程。

1.3、工作方式

1）.边缘部分：

用户直接使用的部分，就是主机所在的层面。属于计算机网络的最外层。用来传输共享。端系统的工作方式有C/S方式（customer/service）和P2P2(point to point)。

2）.核心部分：

为边缘部分服务的层面，网络，服务器等。

1.4、功能组成

资源子网对数据进行处理处理完成后由通信子网对数据进行网络传输。

1）通信子网：

实现数据通信

2）资源子网：

实现资源共享、数据处理。

ISO七层模型中最下面的三层—物理层，数据链路层，网络层 属于通信子网的范畴，包括各种传输介质，通信设备，相应的网络协议。
网络层：路由器
数据链路层：交换机，网桥。
物理层：集线器，中继器

ISO七层模型中最上面的三层----应用层，表示层，会话层，属于资源子网的范畴，包含用来实现资源共享的设备和软件的集合。

1.5、计算机网络的分类

1） 按分布范围

个人区域网pan
广域网wan-------交换技术
城域网man
局域网 wan-----广播技术

2） 按使用者来分

公用网
专用网

3） 按交换技术分

电路交换
报文交换
分组交换

4）按拓扑结构来分

总线型 星型 环形 网状型

5） 按传输技术分

广播式 （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)

1.6、计算机网络的几种性能指标

1）速率

速率即数据率或数据传输率  或  比特率
一个比特就是一个数字0/1
链接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据位数的速率。
单位b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s.
**速率单位换算**
千
	1kb/s = 10^3b/s
兆
	1Mb/s = 10^3kb/s
吉
	1Gb/s = 10^3Mb/s
太
	1Tb= 10^3Gb/s

形容存储容量时用Bite
存储容量
1Byte = 8bit
1KB = 2^10B=1024B=1024*8bit
1MB = 2^10KB=1024KB
1GB = 2^10MB=1024MB
1TB = 2^10GB=1024GB

2）带宽

带宽原本是某个信号的频带宽度，即高频与低频之差，单位赫兹。

计算机网络中，带宽表示网络的通信传输数据的能力，通常是指单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的最高数据率，单位是比特每秒。

网络设备所支持的最高速度

题外话：带宽就像抽水泵的出水口出水的速率，和管道是没有关系的。
（ak47每秒打多少发子弹）

3）吞吐量

单位时间内通过某个网络 或 信道 或 接口 的数据量。

百兆网口：就是每秒可以发送一百兆比特数据的网口。

1.7、网络的几种性能时间指标

1）时延

数据（报文，分组，比特流）从网络一端到另一端的所需要的时间，单位s.

发送实验

指的是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完毕所需的时间。

发送时延 = 数据长度/信息带宽（发送速率）
类似于火车完全离开火车站需要的时间 = 火车长度/火车速度

传播时延

传播一定距离花费的时间，取决于电磁波传播速度与链路长度。

排队时延

等待输出/入 链路所用 的时间。
排队时延是由于路由器处理等待的时间。数据从链路到达路由器要等待处理。

类似于我们排队办理业务，需要排队等待时间，到我们之后处理我们自己业务还需要时间。

2）时延带宽积

时延带宽积=传播时延*带宽
一个比特经过一个传播时延传输的长度，相当于此时链路上的数据容量。

想想你们村抽水泵那么长的管子里面到底装了多少水。

3）往返时延RTT

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

ping 一下就能看到往返时延。

RTT包含往返传播时延 = 传播时延*2 和 末端处理时间

4）利用率

信道利用率：有数据通过的时间除以所有时间。

网络利用率：信道利用率加权平均值

利用率越大时延越大，就像高速路上的车越多利用率就越大。

1.8、网络分层结构-协议 接口 服务

1）为什么要分层

发送文件前要完成的工作
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，并且网络连接正常。
4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机的文件管理程序是否已经做好准备工作。
5）确保差错意外可以解决。
要完成以上复杂内容就必须将问题分成几个小问题来处理。

2）分层的基本原则

各层之间相互独立，每层只实现一种相互独立的功能。
每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
结构上可拆分。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，上层单项使用下层提供的服务。
整个分层结构能促进标准化工作。

3）分层术语

实体：

第n层中活动的元素称为n层实体。同一层的实体叫做对等实体。

协议：

为进行中的网络对等实体数据交换而建立的规则、标准、约定称为网络协议。协议是水平方向服务的。

协议要素：

语法：规定传输格式
语义：规定索要完成的内容
同步：规定各种操作的顺序

接口（访问服务点SAP）：

上层使用下层协议的入口。

服务：

下层为上层提供的功能调用。垂直方向的。

协议数据单元的传输过程：SDU+PCI=PDU
SDU 服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传输的数据。
PCI 协议控制信息：控制协议操作的信息
PDU 协议数据单元：对等层次之间传输的数据单位。

1.9、分层结构

7层ISO/OSI参考模型
4层TPC/IP事实模型

1） 7层ISO/OSI参考模型

123通信子网 567资源子网 4链接资源子网和通信子网

每一层的工作内容

中间系统只有下面三层点到点的方式传输，上面四层是端对端的通信。

应用层对数据添加“控制信息” 形成表示层的PDU，表示层添加“控制信息”后性能会话层的PDU。。。。

应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序。
典型的应用层协议：FTP SMTP HTTP

表示层

用于处理两个通信系统中交换信息的表名方式（语法和语义）
功能一：数据格式变换 将二进制变成图片 翻译官
功能二：数据加密解密 对信息进行加密
功能三：数据的压缩和恢复 视频数据流量大

会话层

向表示层的实体/用户提供 建立连接 并且在连接上有序的传输数据。建立同步。
会话层建立连接，彼此独立不会互相影响。
打开多个网页，每个网页建立一个独立的会话，

功能：
建立，管理，终止会话
使用校验点可以使会话在通信失效的时候，从校验点继续回复通信，实现数据同步。
协议：ADSP, ASP

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，或用户数报。

端到端通信：中间系统中没有传输层，端系统才有传输层。传输层负责运行在不同主机中两个进程之间的通信。进程与进程之间用一个编号来区分，这个编号叫端口号。

端到端：只管目的地
点到点：要找到中间系统路由等中间点过程。
**功能：
可靠传输 ，不可靠传输
差错控制：报文片段丢失等处理
流量控制：发送数据时接收方告诉发送方数据处理能力
复用分用：
复用：多个应用层进程同时发
分用：根据进程编号分开取
**

网络层

主要把分组从源端传输到目的端，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：
依据当时的网络情况，通过路由算法选择最佳路由。
2）流量控制
发送端流量控制
3）差错控制
4）拥塞控制
协议：IP IPX ICMP…

数据链路层

主要把网络层传输下来的数据报组装成帧。传输单位是帧。
功能：
成帧：定义帧的开始和结束
差错控制
流量控制
访问控制 控制对信道的访问

物理层

在物理媒体上实现比特流的透明传输。
傻瓜层，透明传输就是直接传，给什么传什么
功能：
接口特特性
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
协议：RJ45 802.3

1）TPC/IP模型

TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次，所以网络层是无连接的。
王道考研-计算机网络知识整理