计算机网络基础--01计算机网络体系结构_计算机网络的体系结构是指什么?有几种划分方式?各有什么特点?-优快云博客

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1.计算机网络体系结构

计算机网络的概念

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
- 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

计算机网络的组成

组成部分
- 硬件、软件、协议
工作方式
- 边缘部分
  - 用户直接使用
    - C/S方式
    - P2P方式
- 核心部分
  - 位边缘部分服务
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

计算机网络的分类

按分布范围分
- 广域网WAN
- 城域网MAN
- 局域网WAN
- 个人区域网PAN
按使用者分
- 公用网
- 专用网
按交换技术分
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
按拓扑结构分
按传输技术分
- 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

标准化工作

要实现不同厂商的硬、软件之间相互联通，必须遵从统一的标准
标准的分类
- 法定标准
  - 由权威机构制订的正式的、合法的标准OSI
- 实施标准
  - 某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准TCP/IP
RFC要上升位因特网正式标准的四个阶段
- 英特网草案
  - 这个阶段还不是RFC文档
- 建议标准
  - 从这个阶段开始成为RFC文档
- 草案标准（已取消）
- 英特网标准

标准化工作的相关组织

国际标准化组织ISO
- OSI参考模型、HDLC协议
国际电信联盟ITU
- 制订通信规则
国际电气电子工程师协会IEEE
- 学术机构、IEEE802系列标准、5G
internet工程师任务组IETF
- 负责英特网相关标准的制订 RFC XXXX

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1/0位
- 连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
- 单位是b/s,kb/s,mb//s,gb/s,tb/s
- 速率中的相邻两个单位相差 $10^3$ 倍
- 存储容量中相邻两个单位相差 $2^{10}$ 倍
带宽
- 带宽原本指某个信号具有的频率宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹
- 计算机网络中，带宽用来表示网络中的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。单位是b/S等
- 默认电磁波传播速率为 $2*10^8$
- 链路带宽是指发送速率
吞吐量
- 表示在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
- 吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制
时延
- 指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需时间。也叫延迟或迟延。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完毕所需的时间
  - $发送时延=数据长度信道带宽(发送速率)发送时延={数据长度\over 信道带宽(发送速率)}$
- 传播时延
  - 取决于电磁波传播速度和链路长度
  - $传播时延=信道长度电磁波在信道上的传播速率传播时延={信道长度\over 电磁波在信道上的传播速率}$
- 排队时延(路由部分)
  - 等待输入/入链路可用
- 处理时延(路由部分)
  - 排错
  - 找出口
时延带宽积
- $时延带宽积 = 传播时延 * 带宽$
- 又称为以比特位单位的链路长度
- 描述在链路中存在多少bit
往返时延RTT
- 从发送方发送数据开始，道发送放受到接收方的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
- RTT包括
  - 往返传播时延=传播时延*2
  - 末端处理时间
利用率
- $信道利用率=有数据通过时间(有+无)数据通过时间信道利用率={有数据通过时间\over (有+无)数据通过时间}$
- $网络利用率 = 信道利用率加权平均值$

分层结构、协议、接口、服务

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构
计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构
分层的基本原则
- 各层之间相互独立，每层只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
- 结构上可分隔开。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
- 整个分层结构应该能促进标准化工作
分层结构
- 实体
  - 第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体
- 协议
  - 位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
  - 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（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
  - 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元

OSI参考模型

应用层
- 所有能和用户交互产生网络流量的程序
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
  - 数据格式转换
  - 数据加密解密
  - 数据压缩和恢复
会话层
- 想表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传送数据
- 功能
  - 建立、管理、终止会话
  - 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
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
    - 复用：多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务
    - 分用：传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程
网络层
- 主要任务是把分组从源端传到目的端，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
  - 路由选择
  - 流量控制
  - 差错控制
  - 拥塞控制
    - 若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞
数据链路层
- 把网络层传下来的数据报组装成帧
- 数据链路层/链路层的传输单位是帧
- 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
物理层
- 主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输
- 物理层传输单位是比特
- 透明传输：指不管所传数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传输
- 功能
  - 定义接口特性
  - 定义传输模式
  - 定义传输速率
  - 比特同步
  - 比特编码

OSI参考模型与TCP/IP模型

相同点
- 都分层
- 基于独立的协议栈的概念
- 可以实现异构网络互联
不同点
- OSI定义三点：服务、协议、接口
- OSI先出现，参考模型咸鱼协议发明，不偏向特定协议
- TCP/IP设计之初就考虑道异构网互联问题，将IP作为重要层次
- ISO/OSI参考模型 TCP/IP模型
  网络层无连接+面向连接无连接
  传输层面向连接无连接+面向连接
  - 面向连接分为三个阶段，第一是建立连接，在次阶段，发出一个建立连接的请求。只有在连接成功建立之后，才能开始数据传输，这是第二阶段。接着，当数据传输完毕，必须释放连接
  - 面向无连接没有那么多阶段，它直接进行数据传送