1.1概念、组成、功能和分类

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。

计算机网络是互连（互联互通，通信链路）的、自治（无主从关系）的计算机集合。

功能：

    数据通信（连通性）、资源共享（硬件、软件、数据）、分布式处理（多台计算机各自承担统一工作任务的不同部分）、提高可靠性（利用替代性）、负载均衡

组成：

    组成部分：硬件（主机、链路、通信设备）、软件、协议

工作方式：

    边缘部分（用户直接使用的，端系统，有C/S方式和P2P方式）

（C/S方式

C：客户程序必须直到服务器程序的地址；不需要特殊的硬件和复杂的操作系统。

S：一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户请求；系统起动后一直运行着，被动等待接受客户请求，不需要知晓客户程序的地址；一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

P2P,对等连接方式，双方均可下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。）

核心部分（为边缘部分服务，路由器（实现分组交换））

（电路交换，建立连接->通话->释放连接

特点：在通话全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

整个报文的比特流连续从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换

整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

分组交换

采用存储转发技术。主机（边缘部分）为用户进行信息处理，路由器（核心部分）用来转发分组。

单个分组（整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。）

功能组成（数据通信、资源共享）：

    通信子网（实现数据通信）

    资源子网（实现资源共享、数据处理）

分类：

1、按分布范围：广域网（交换技术）、城域网、局域网（广播技术）、个人区域网

2、按使用者分：公用网、专用网

3、按交换技术分：电路交换、报文交换、分组交换

4、按拓扑结构分：总线型、星型、环型、网状型（广域网）

5、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）

互联网基础结构发展的三个阶段：

1、从单个网络ARPANET（1969）向互连网发展的过程

2、三级结构的互联网（主干网、地区网、校园网）

3、逐渐形成了多层次ISP结构的互联网（ISP，互联网服务提供商，如中国电信、中国移动等，可分为主干ISP、地区ISP、本地ISP）

（IXP，互联网交互点，允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。）

 

1.1.2标准化工作及相关组织

标准分类：

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，时间长了这些产品的协议和技术就成了标准）TCP/IP

RFC（因特网标准的形式）上升为因特网正式标准的四个阶段：

（1）因特网草案，这一阶段还不是RFC文档

（2）建议标准，从这个阶段开始成为RFC文档

（3）草案标准（IETF、IAB），2011年后取消该阶段

（4）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、HDLC协议）

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）

Internet工程任务组IETF（负责因特网相关标准的制定）

 

1.1.3速率相关的性能指标

速率：

速率即数据率或称数据传输率或比特率。（比特即为传输过程中的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

1kb/s=103b/s，1Mb/s=103kb/s1Gb/s=103Mb/s1Tb=103Gb/s

（存储容量  1Byte（字节）=8bit（比特）1KB=210B，1MB=210KB，1GB=210MB，1TB=210GB）

带宽：

（1）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Hz。（频域）

（2）计网中，带宽用来表示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”。单位有b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。（网络设备所支持的最高速度）（时域）

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。

 

1.1.4时延、时延带宽积、RTT和利用率

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。单位是s。

分类：

发送时延（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），

高速链路（仅仅是提高发送速率）

传播时延（取决于电磁波传播速度和链路长度）

排队时延（等待输入/输出链路可用时间）

处理时延（检错，找出口时间）

时延带宽积：

又称为以比特为单位的链路长度，即某段链路现在有多少比特

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（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。

包括：往返传播时延=传播时延*2，末端处理时间

利用率：

 

网络利用率，信道利用率加权平均值

 

1.2.1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

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，还包含由下层服务提供的功能。

仅仅在相邻层间有接口，且所提供的服务的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。

分层的基本原则：

1、各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能

2、易于实现和维护，每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少

3、结构上可分割开。每层都采用最适合的技术来实现

4、灵活性好，保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务

5、整个分层机构能促进标准化工作

实体：第n层的活动元素称为n层实体，同一层的实体叫对等实体。（任意可发送或接收信息的硬件或软件进程。）

协议：为进行网络中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）

（控制两个对等实体进行通信的规则的集合）

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（垂直）

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

 

1.2.2OSI参考模型

计算机网络分层结构：

7层OSI参考模型（法定标准）

4层TCP/IP参考模型（事实标准）

OSI参考模型：

目的：支持异构网络系统的互通互联。

国际标准化组织（ISO）于1984年提出开放系统互连（OSI）参考模型

OSI7层：

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

典型应用层协议：

文件传输（FTP），电子邮件（SMTP），万维网（HTTP）

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）。

功能一：数据格式交换

功能二：数据加密解密

功能三：数据压缩和恢复

主要协议：JPEG、ACII

会话层：

向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这是会话，也是建立同步（SYN）。

功能一：建立、管理、终止会话

功能二：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。

适用于传输大文件。

主要协议：ADSP、ASP

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。

功能一：可靠传输、不可靠传输

功能二：差错控制

功能三：流量控制

功能四：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。

主要协议：TCP、UDP

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。

功能一：路由选择 最佳路径

功能二：流量控制

功能三：差错控制

功能四：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，缓解拥塞。

主要协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF

数据链路层：

把网络层传下来的数据报组装成帧。传输单位为帧。

功能一：成帧（定义帧的开始和结束）

功能二：差错控制：帧错+位错

功能三：流量控制

功能四：访问（接入）控制 控制对信道的访问

主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

物理层：

在物理媒体上实现比特流的透明传输（不管所传数据是什么比特组合，都应当能够在链路上传送）。传输单位为比特。

功能一：定义接口特性

功能二：定义传输模式  单工、半双工、双工

功能三：定义传输速率

功能四：比特同步

功能五：比特编码

主要协议：Rj45、802.3

1.2.3TCP/IP参考模型和5层参考模型

TCP/IP参考模型：

应用层

传输层

网际层

网络接口层

OSI模型和TCP/IP 参考模型异同点：

同：

1、都分层

2、基于独立的协议栈的概念

3、可以实现异构网络互联

异：

1、OSI定义三点：服务、协议、接口

2、OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议

3、TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次

4、

 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。而面向无连接没有那么多阶段，直接进行数据传输。

5层参考模型：

应用层：支持各种网络应用（FTP、SMTP、HTTP）

传输层：进程-进程的数据传输（TCP、UDP）

网络层：源主机到目的主机的数据分组路由与转发（IP、ICMP、OSPF）

数据链路层：把网络传下来的数据报组装成帧（Ethernet、PPP）

物理层：比特传输