计算机网络体系结构

计算机网络体系结构

1.计算机网络

1.计算机网络：将一个分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通行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。是互连的、自治的计算机集合。

2.计算机网络的功能：数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡

3.计算机网络的组成：硬件、软件、协议

4.工作方式：边缘部分、核心部分

5.功能组成：通信子网（网络层、链路层、物理层）、资源子网（其它层）

6.计算机网络的分类：

（1）分布范围：局域网WAN（广播技术）、城域网MAN、广域网WAN（交换技术）

（2）使用者：专用网、公用网

（3）交换技术：电路交换、报文交换、分组交换

（4）拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型

（5）传输技术：广播、点对点（分组存储转发和路由选择）

2.相关性能指标

1.速率：数据传输率，数字信道上传数据位数的速率；单位b/s、kb/s、Mb/s = 1000Kb/s

注意：计算机容量 1Byte = 8bit; 1G = 1024M、1M=1024K、1K=1024B

2.带宽：网络的通信线路传送数据的能力，通常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”；网络设备所支持的最高速度，单位：b/s

3.吞吐量：单位时间内，通过某个网络（信道或接口）的数据量；单位b/s,kb/s,Mb/s；受网络带宽或网络额定速率的限制；吞吐量 = 所有信道数据传输量相加

4.时延：指数据从网络的一端到另一端所需要的时间。也叫延迟或迟延。单位s

（1）发送时延 = 数据长度/信道带宽（发送速率） 发生在发送方机器内

（2）传播时延 = *信道长度/电磁波在信道上的传播速率 * 发生在传播信道上

（3）排队时延 = 发生在路由器上，分组存储转发和路由选择需排队耗时

（4）处理时延 = 路由器对传播数据进行检错、路由选择

注意：高速链路指提高了发送带宽，减少了发送时延

5.时延带宽积 = 传播时延*带宽 又称以比特为单位的链路长度；指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已近发送了多少个比特

6.往返时延RTT：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认总共经历的时延

注意：RTT越大，在接受确认前可发送的数据越多；

RTT= 往返传播时延 + 末端处理时间

往返传播时延 = 传播时延*2

7.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

（2）网络利用率 = 信道利用率的加权平均值

3.分层结构

1.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）要高速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近做好准备工作

（5）确保差错和意外可以解决

2.为什么要分层？

为了解决上面一系列的问题，每一层解决特定的问题

3.分层的原则？

实体：第n层中的活动元素称为n层实体，同一层的实体叫对等实体

协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或者约定(水平)

（1）语法：规定数据传输的格式

（2）语义：规定要完成的功能

（3）同步：规定各种操作的顺序

接口：上层使用下层服务的接口

服务：下层为上层提供的功能调用（垂直）

注意：实体对等实体之间有协议

（1）每层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能

（2）每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少

（3）结构上可分隔开。每层使用最合适的技术实现

（4）保持下层对上层的独立性

（5）整个分层应该促进标准化工作

向下封装的过程

4.计算机网络的分层结构

（1）7层OSI参考模型（法定标准）

（2）4层 TCP/IP参考模型（事实标准）

（1）（2） ==》 5层结构

5.7层OSI网络分层结构

应用层、表示层、会话层、传输层 （上四层是资源子网，负责数据处理）

网络层、链路层、物理层 （下三层是通信子网，负责数据通信）

（1）通行实例：

主机A给主机B发送消息

应用层：主机A会对发送数据进行应用层的组织和封装，即将应用层控制协议PCI（协议首部）与实际数据SDU结合，形成PDU，向下层发送

表示层：

会话层：建立会话

传输层：控制端与端之间的数据传输

网络层、数据链路层、物理层：实现<stron>的数据传输</stron>

到达主机B后会进行逆序的解析，由最底层依次解析到应用层，自此实现数据的通信

过程如下图所示：

6.OSI各层的功能和使用的协议

（1）应用层

定义：所有能和用户交互产生网络流量的程序

协议：FTP（文件传输协议）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP，超文本传输协议）

（2）表示层

定义：用于处理连个通信系统中交换信息的表示方式（语义和语法）

功能：数据格式变换、数据加密和解密、数据压缩和恢复

（3）会话层

定义：向表示层实体/用户进程提供建立链接并链接上有序的传输数据。即建立同步（SYN）

功能：建立、管理、终止会话；使用校验点可使会话在通信失败的情况下，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）。

主要协议：ADSP、ASP

（4）传输层：

定义：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：可靠传输、不可靠传输；差错控制、流量控制、复用分用

注意：

a.复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务（通过传输层的服务将QQ和微信的数据形成报文段同时发到目的主机，再根据端口号分别交付）

b.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程序。

协议：TCP、UDP

（5）网络层、IP层、网际层

定义：把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同职级提供通信服务。传送单位事数据报。

功能：路由选择（最佳路劲）、流量控制（控制发送方的发送速度）、差错控制、拥塞控制（全局宏观的数据传输速度控制采取的措施）

主要协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF

（6）数据链路层：

定义：把网络层传下来的数据组装成帧；传输单位事帧

功能：成帧（定义帧的开始和结束）、差错控制（帧错+位错，可以检错，也可以纠错）、流量控制、访问/接入控制（控制对共享信道的访问）

主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

（7）物理层：

主要把比特流转化成电信号在物理介质上透明传输。

功能：

a.定义接口特性（尺寸大小）、电气特性：高低电平分别代表的含义）

b.定义传输模式 单工（只能单方向传输，已经确认好了发送方和接收方）、半双工（同一时间只能一个发送数据，但是两方均可做发送方）、双工

c.定义传输速度

d.比特同步

e.比特编码

协议：Rj45、802.3

7.TCP/IP参考模型

和OSI对比

TCP/IP：