计算机网络 上 物理层和数据链路层

1 计算机网络体系结构

学习重点：五层结构&各层之间的协议

1.1 计算机网络概述

1.1 .1 计算机网络概念

计算机网络：分散独立的计算机 通过 通信设备与线路连接、通过软件实现资源共享和信息传递形成的系统

1.1.2 计算机网络的功能

数据通信 + 资源共享（硬软件及数据）+ 分布式处理 + 提高可靠性（避免单点故障）+ 负载均衡

1.1.3 计算机网络的组成

组成部分：

​ 硬件 + 软件 + 协议（规则和约定）

**工作方式：**边缘（端系统：用户直接使用（C/S方式 + P2P方式）） + 核心（提供服务）

​ C/S方式：Client to Server

​ P2P方式：Peer to Peer

功能组成：

​ 通信子网 ：数据通信（由传输介质、通信设备及网络协议组成，包括物理层、数据链路层和网络层这三层）

​ 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

​ 资源子网 ：资源共享 + 数据处理（由实现资源共享功能的设备及软件组成，包括会话层、表示层和应用层）

​ 资源子网和通信子网中间是 传输层

1.1.4 计算机网络的分类

**按分布范围：**广域网WAN（跨国家或地区，使用的是交换技术）；城域网MAN；局域网WAN（1km左右，使用的是广播技术）；个人区域网PAN
**按使用者：**公网（电信+移动+联通） 和 专网（政府和军队等）

**按交换技术：**电路/报文/分组交换

**按拓扑结构：**总线型、星型、环形和网状型（广域网）

按传输技术：

​ 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

1.1.5 标准化工作及其相关组织

不通厂商的软硬件相互连通需遵循统一标准

标准分类

​ 法定标准：如OSI

​ 事实标准：TCP/IP协议

RFC：因特网标准的形式，只要是因特网标准，就是RFC形式，反之则不一定

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-因特网标准

标准化工作的相关组织

国际标准化组织 ISO ：OSI参考模型（网络互联的七层框架）、HDLC协议（是链路层协议的一项国际标准，用以实现远程用户间资源共享以及信息交互）

国际电信联盟 ITU：制定通信规则

国际电气电子工程师协会IEEE（学术机构）：IEEE802系列标准、5G等

Internet工程师任务组IETF： 负责因特网相关标准的制定

1.1.6 性能指标

速率（比特率）: 传输数据位数的速率 (单位时间发送到传输信道上的bit位数)；单位b/s，kb/s … ;1kb/s = 1000b/s

存储容量：1Byte = 8 bit；1KB = 1024Byte = 1024 * 8bit

带宽：原指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）；现指单位时间内从某一点到另一点所能通过的最高数据率，单位同速率（也就是网络设备所支持的最高速度，往传输链路上发送数据的速率，不是传输速率，传输速率就是电磁波的速率，只受传输介质的影响）

吞吐量：单位时间内，通过某个网络（信道、接口）的数据量，单位同速率（这里指的是通过）

**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的时间，单位是s（包括发送+传播+排队+处理时延）

​ 发送时延：数据长度/信道带宽（传输速率）

​ 传播时延：取决于电磁波的穿比速度和链路长度，信道长度/电磁波在介质中的速度

​ 排队时延：排队输出/入

​ 处理时延：检错、找出口

**时延带宽积：**传播时延 * 带宽

**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；传播时延 * 2 + 末端处理时间

**利用率：**信道利用率和网络利用率，随着利用率增大，时延会增大

​ 信道利用率：有数据通过的时间/总时间

​ 网络利用率：信道利用率的加权平均值

1.2 计算机网络体系结构与参考模型

1.2.1 分层结构、协议、接口和服务

分层的基本原则：

1.各层之间相互独立，每层之间只实现一种相对独立的功能

2.各层之间界面清晰

3.结构上可以分隔开

4.下层为上层提供服务

5.整个分层结构应该能够促进标准化的工作

分层结构

1.实体

2.协议：

​ 语法：规定数据格式

​ 语义：规定要完成的功能

​ 同步：规定各种操作的顺序

3.接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口

4.服务：下层为上层提供的功能调用

1.2.2 OSI参考模型和TCP/IP参考模型

OSI 参考模型：七层结构（物链网输会示用）

​ 通信过程：host A - 路由 - host B，每一层增加控制信息传给下一层

应用层：典型服务：文件传输（FTP），电子邮件（SMTP），万维网（HTTP），与用户交互能产生流量的程序

表示层：把信息表示出来（通常是对语语法和语义的处理），无严格协议，若要有的话就是JPEG、ASCII

​ 1.数据格式变换

​ 2.数据加密和解密

​ 3.数据压缩和恢复

会话层：向表示层/用户建立连接并在连接上有序的传输数据，这就是会话，也是建立同步（SYN），协议ADSP、ASP等

​ 1.建立、管理终止对会话

​ 2.使用校验点恢复通信

传输层：负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位报文段或者用户数据报，协议TCP、UDP

​ 1.可靠传输和不可靠传输

​ 2.差错控制

​ 3.流量控制

​ 4.复用分用

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，网络层传输的单位是数据报，协议有IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF

​ 1.路由选择：使用路由算法

​ 2.流量控制

​ 3.差错控制

​ 4.拥塞分用：针对全局而言

数据链路层：把数据报组装成帧，数据率链路层/链路层的传输单都是帧，协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

​ 1.成帧（定义帧的开始和结束）形成很长的比特流序列

​ 2.差错控制：帧错 + 位错

​ 3.流量控制：访问（接入）控制，控制对信道的访问

物理层：在物理层实现比特流的透明传输，传输单位是bit，主要协议Rj45、802.3

​ 1.定义接口特性

​ 2.定义传输模式，单工、双工、半双工

​ 3.定义传输速率

​ 4.比特编码

TCP/IP模型

应用层-传输层-网际层-网络接口层

TCP/IP协议栈：

应用层：HTTP FTP DNS

传输层：TCP UDP

网际层：IP

网络接口层：Ethernet ATM Frame Relay

TCP/IP模型与 OSI参考模型 异同

相同点