计算机网络 - 知识提炼

一.计算机网络总概

1.1.计算机网络定义

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
即 计算机网络是互连的、自治的计算机集合

1.2.计算机网络的功能

1.数据通信（连通性）
2.资源共享（硬件、软件、数据的共享）
3.分布式处理
4.负载均衡
5.提高可靠性

1.3.计算机网络组成

1.4.计算机网络分类

二.标准化工作及其组织

2.1.标准

法定标准：由权威机构制定的正式的合法的标准 --OSI
事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，时间长了，这些产品中的一些协议和技术就成了标准 --TCP/IP

2.2.RFC上升为因特网正式标准的四个阶段

因特网草案—》建议标准—》草案标准—》因特网标准

三.计算机网络性能指标

3.1.速率

即数据率或者称数据传输率或者比特率
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
1kb/s=10^3 b/s
1Mb/s = 10^3Kb/s
1Gb/s=10^3Mb/s
1Tb/s=10^3Gb/s

3.2.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的某一点到另一点所能通过的最高数据率，单位：比特每秒，b/s kb/s Mb/s Gb/s
若链路带宽为1Mb/s，则主机在1微秒内可向链路发1bit数据
若链路带宽为2Mb/s，则主机在1微秒内可向链路发2bit数据

3.3.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
受网络带宽或网络额定速率的限制

3.4.时延

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的时间，也叫延迟或迟延，单位 s

高速链路指的是发送速率的提高，减小了发送时延，并不影响电磁波在信道上的传播速率，传播时延不变

3.5.时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽
时延带宽积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

3.6.往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方说到接受方的确认（接收方接受到数据后立即发送确认），总共经历的时延
RTT越大，在收到确认前，可以发送的数据越多
RTT包括：

• 1.往返传播时延=传播时延*2
• 2.末端处理时间

3.7.利用率

信道利用率：有数据通过时间 / 数据通过总时间（有+无）

网络利用率：信道利用率加权平均值

D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，那么适当的假定条件下，可以用下面的简单公式来表示D，D0和利用率U之间的关系:
D=D0/(1-U)

四.计算机网络分层结构

4.1.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
各层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少
结构上可分割开，每层都采用最合适的技术实现
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够促进标准化工作

4.2.正式认识分层结构

• 实体：第几层中的活动元素称为几层实体，同一层实体叫做对等实体
• 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【水平方向】
  三元素：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【单向】
• 服务：下层为相邻上层提供的功能调用【垂直方向】

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【有用的信息】
PCI协议控制信息：控制协议操作的信息【控制信息】
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位

4.3.概念总结

• 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
• 每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能
• 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合
• 第n层在向n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包括由下层服务提供的功能
• 仅仅在相邻层之间有接口，且所提供的服务具体实现细节对上一层完全屏蔽
• 体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件

4.4.分层结构

4.5.OSI参考模型各层功能

• 应用层：用户与网络的界面，所有能和用户交互产生网络流量的程序
  典型应用层服务：文件传输（FTP）、电子邮件（SMTP）、万维网（HTTP）

• 表示层：用户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1：数据格式变换
  功能2：数据加密解密
  功能3：数据的压缩和恢复

• 会话层：向表示层的实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序的传输数据，这是会话，也是建立同步（SYN）
  功能1：建立、管理、终止会话
  功能2：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【使用于传输大文件】

• 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者用户数据报
  功能1：可靠传输，不可靠传输
  功能2：差错控制
  功能3：流量控制
  功能4：复用分用
  复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务
  分用：传输层把收到的信息分别交给上面应用层中相应的进程

• 网络层：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
  分组与数据报关系：数据报是父，分组是子
  功能1：路由选择
  功能2：流量控制
  功能3：差错控制
  功能4：拥塞控制：若所有结点都来不及接受分组，而要去丢弃大量分组的话没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，单位是帧
  功能1：成帧（定义帧的开始和结束）
  功能2：差错控制 ， 帧错+位错
  功能3：流量控制
  功能4：访问（接入）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，单位是比特
  透明传输：不管所传输数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送
  功能1：定义接口特性
  功能2：定义传输模式：单工、双工、半双工
  功能3：定义传输速率
  功能4：比特同步
  功能5：比特编码

4.6.OSI参考模型解释通信过程

4.7.OSI参考模型与TCP/IP模型相同点与不同点

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，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
• TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联的问题，将IP作为重要层次‘
• 通信方式不同
  
  面向连接分为三个阶段：第一是建立连接，在此阶段，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，这是第二个阶段，接着，当数据传输完毕，必须释放连接，而面向无连接没有这么多阶段，直接进行数据传输

4.8. 5层参考模型的数据封装与解封装