计算机网络

1.1 .1初识

概念

基本概念：

  • 网络：把许多计算机连接在一起。

  • 互联网：把许多网络通过路由器连接在一起。

  • 与互联网相连的计算机常称为主机。

  • 计算机网络：是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统（iOS，Android，Windows，masos），通过通信设备（路由器）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。

计算机网络是互联的、自治的计算机集合。

互联-互联互通。

自治-无主从关系

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同一工作任务的不同部分）

4.提高可靠性 （替代）

5.负载均衡

……

组成

1.组成部分：硬件、软件、协议

2.工作方式：

————–边缘部分（C/S方式、P2P方式）

————–核心部分 为边缘部分

3.功能组成：

  • 通信子网 实现数据通信
  • 资源子网 实现资源共享/数据处理jsjwljg

分类

1.按分布范围分 ：

广域网WAN,（交换技术）

城域网MAN.

局域网LAN（校园网是由多个局域网连接起来的）（广播技术）

个人区域网PAN

2.按使用者分

  • 共用网（电信、移动）
  • 专用网（政府、军队、银行）

3.按交换技术分：

  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换

4.按照拓扑结构分：

tpjg

网状结构通常应用于广域网

5.按照传输技术分：

  • 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

思维导图：

jswwlswdt

1.1.2 标准化工作及相关组织

相关组织

国际标准化组织 ISO ——————-OSI参考模型、HDLC协议

国际电信联盟 ITU ——————–指定通信规则

国际电气电子工程师协会 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

思维导图：

ZZ

分类

法定标准：由权威机构指定的正式的。合法的标准 OSI

事实标准：某些公司长时间产品占主流，产品中的协议和技术成了标准。 TCP/IP

RFC（Request for Comments）

————————因特网标准的形式

RFC要上升为因特网标准的四个阶段：

（1）因特网草案（Internet Draft） 这个阶段还不是RFC文档。（邮箱：rlc-editor @rfc-editor.org）

（2）建议标准（Proposed Standard）从这个阶段开始成为RFC文档。

（3）因特网标准（Internet Standard）

1.1.3 速率相关的性能标准

速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率。

连接在计算机网络上的主机在数字信道上传数据位数的速率。

单位是b/s,kb/s,Mb/s.Gb/s,Tb/s

单位 换算 存储容量
千 1kb/s = 10^3b/s 1KB=2^10B=1024B=1024*8b
兆 1Mb/s = 10^3kb/s = 10^6b/s 1MB=2^10KB=1024KB
吉 1Gb/s = 10 ^3Mb/s = 10^6kb/s = 10^9b/s 1GB=2^10MB=1024MB
太 1Tb/s = 10^3Gb/s = 10^6Mb/s = 10^9kb/s = 10^12b/s 1TB=2^10GB=1024GB

带宽

在计算机网络中，表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是单位时间内从网络中的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,kb/s,Mb/s.Gb/sdk

吞吐量

单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位b/s,kb/s,Mb/s等。

吞吐量手网络的带宽或网络的额定频率的限制。

1.1.4 时延、时延带宽积、RTT和利用率

时延

指数据（报文/分组/比特流）从网络（or链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。

单位：s

分类：

发送时延 传播时延 排队时延 处理时延
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完毕所需的时间 取决于电磁波传播速度和链路长度 等待输出/人链路可用 检错、找出口
发送时延=数据长度/信道宽度（发送速率） =信道长度/电磁波在此信道上的传播速率

高速链路：发送速率提高

时延带宽积

时延带宽积=传播时延×带宽

​ bit s b/s

又称为：比特为单位的链路长度

即：“某段链路现在有多少比特” 容量

往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方接受方的确认（接收方收到数据后立即发送确认），总共经历的时延

RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。

如何查询往返时延

在cmd命令行中输入ping命令：

eg：ping www.baidu.com

ping

时延最短33ms，最长37ms，平均34ms

RTT包括

  • 往返传播时延=传播时延*2
  • 末端处理时间

利用率

  • 信道利用率=有数据通过时间/（有+无）数据通过时间
  • 网络利用率=信道利用率加权平均值

时延和利用率的关系

shiyan

从上图我们可以看出，当利用率趋近于1时，时延急剧增大，就像堵车，车道利用率达到最大，但车速十分慢，通过一定路程所需的时间变大。

总结型思维导图

RTT

1.2.1 分层结构

为什么要分层？

发送文件前要完成的工作：

  • 发起通信的计算机必须将数据的通路进行激活。
  • 要告诉网络如何识别目的主机
  • 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
  • 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。
  • 确保差错和意外可以解决。
  • ……

这些问题分解成小问题，一个一个逐步解决。

怎么分层？

举个生活中的例子。

我要品尝一瓶葡萄酒，从网上买。

  • 未包装葡萄酒（实体）（1）
  • 商家在葡萄酒周围塞满棉花（2）
  • 商家进行装箱并邮寄（3）
  • 我收到箱子后打开外箱（4）
  • 取走棉花（5）
  • 品尝葡萄酒（6）

实体

每一层的活动元素叫做实体，如（1）、（6）都是酒。

（1）和（6）都在同一层，是对等实体。

协议

指一系列的规则或者约定。

比如二层的棉花如何塞，三层的葡萄酒应该如何装箱。

需要注意的是，协议是水平方向的。只有对等实体才有协议。

接口

没两层关节位置叫做接口。

服务

每两层之间提供的东西叫做服务。

在计算机网络中，上层使用下层服务。换言之，即下级要为上级提供服务。

分层基本原则

  • 各层之间相互独立，每层值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。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，上层单向使用下层提供的服务。
  • 整个分层结构一个能促进标准化工作。

正式认识分层结构

上面用通俗的语言对一些概念进行了粗糙的定义，接下来给出各个概念的标准化定义。

实体

第n层的活动元素称为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数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】

  • 语法：规定传输数据的格式
  • 语义：规定所要完成的功能
  • 同步：规定各种操作的顺序

接口

也叫（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】

SDU

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

PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。

PDU

PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

PDU