计网体系结构
1. 基本概念
1.0 计算机网络的发展
1.0.1 第一阶段
- 第一阶段：阿帕网（ARPAnet）发展为互联网（internet），再到因特网（Internet）；
- ARPA全称为Advanced Research Project Agency：高级研究计划局；
- 网络是指将许多不同计算机通过链路连接在一起；
- 互联网是指通过特殊设备将许多网络连接在一起；
- 因特网Internet是全球范围内最大的互联网internet；
1.0.2 第二阶段
- 第二阶段：三级结构因特网；
1.0.3 第三阶段
- 第三阶段：多层次ISP结构因特网；
- IXP（Internet Exchange Point）：因特网交换点；
1.1 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；
- 计算机网络是互连的、自治的计算机集合；
- 互连：分散独立的计算机系统通过通信链路互联互通；
- 自治：每个计算机系统是独立的，无主从关系；
1.2 计算机网络的功能
- 数据通信：不同计算机可之间进行通信；
- 资源共享：不同计算机可共享硬件、软件和数据；
1.3 计算机网络的组成
- 根据组成部分划分：硬件、软件、协议（一系列规则和约定的集合）；
- 根据工作方式划分：1）边缘部分，即用户可直接使用的部分，使用方式有C/S方式、B/S方式或P2P方式；2）核心部分：为边缘部分提供服务；
- 根据功能作用划分：1）通信子网，实现数据通信；2）资源子网，实现资源共享/数据处理；
1.4 计算机网络的分类
- 按分布范围划分：WAN广域网>MAN城域网>LAN局域网>PAN个人区域网，其中 广域网使交换技术、局域网使用广播技术；
- 按使用者划分：公用网、专用网；
- 按交换方式划分：电路交换、报文交换、分组交换；
- 按拓扑结构划分：其中星型结构中若有n个节点，则会有n-1条线路；
- 按传输技术划分：1）广播式网络：共享公共通信信道；2）点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制；
1.5 标准化工作及相关组织
- 遵循标准是为了更好地实现通信；
- 标准分类：1）法定标准，由权威机构制定的正式的、合法的标准；2）事实标准，某些知名公司的产品在现实中成为主流，则这些产品拥有的技术和协议成为现实标准；
- 因特网标准形式为RFC（Request For Comment）文档，RFC文档成为标准的四个阶段：1）因特网草案（Internet Draft）；2）建议标准（Proposed Standard）；3）草案标准（Draft Stadard）；4）因特网标准（Internet Stadard）；
- 标准化相关组织：
1.6 相关性能指标
1.6.1 速率
- 速率：单位时间内传输数据的位数，也称为数据率、数据传输率或比特率；
- 单位：b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s；
- 单位换算：1Mb/s=1000Kb/s、1Kb/s=1000b/s；
1.6.2 带宽
- 带宽：原本指某个信号的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位赫兹（Hz）；
- 带宽：现在带宽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的某一点到另一点的最高数据率，即网络设备所支持的最高速率；
- 单位：b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s；
- 单位换算：1Mb/s=1000Kb/s、1Kb/s=1000b/s；
- 相同时间内，带宽越大，网络设备传送到信道中的数据量越大；
1.6.3 吞吐量
- 吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量；
- 吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制；
- 单位：b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s；
- 单位换算：1Mb/s=1000Kb/s、1Kb/s=1000b/s；
- 吞吐量为多条链路速率的总和；
1.6.4 时延
- 时延：指数据从链路一端传送到另一端所需时间，也称为延迟或迟延，单位是s；
- 时延分类：1）发送/传输时延，发送时延=数据长度/信道带宽，指数据从第一位到最后一位传入信道所耗费的时间；2）传播时延，传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率；3）排队时延，数据等待输出/输入链路可用的时间；4）处理时延，数据检错，目的地确认耗费的时间；
- 高速链路指的是通过提高信道带宽从而降低传输时延；
1.6.5 时延带宽积
- 时延带宽积表示信道容量的大小，单位为比特bit，定义为：时延带宽积=传播时延*带宽；
- 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；
1.6.6 往返时延RTT
- RTT（round-trip time）：从发送方发送数据，到发送方接收到来自接收方的确认总共经历的时延；
- RTT主要包括：1）往返传播时延=2*传播时延；2）末端处理时间；
- RTT越大，在收到确认之前，可发送的数据越多；
1.6.7 利用率
2. 体系结构及参考模型
2.1 体系结构：分层结构
- 为什么分层？网络实现通信、资源共享是一个复杂问题，可通过结构分层，不同层实现不同功能，最终实现网络通信的目的；
- 分层基本原则：
- 计算机网络体系结构是各网络层及对应协议的集合；
2.2.1 相关名词
- 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：为实现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；协议是存在于同一网络层中的，即水平方向；协议需要具有语法、语义、同步三大特征；
- 接口：称为访问服务店SAP，垂直方向，是上层使用下层服务的入口；
- 服务：垂直方向，即下层为相邻上层提供的功能调用；
- PDU协议数据单元=PCI协议控制信息+SDU服务数据单元；
2.2 参考模型
- 计算机网络体系结构常见参考模型：1）7层OSI参考模型；2）4层TCP/IP参考模型；
2.2.1 OSI参考模型
- 开放系统互连(Open Systems Interconnection)参考模型；
- 目的：支持异构网络系统的互联互通；
- 网络分层：
- 不同网络层介绍：
| 网络层 | 功能 |
|---|---|
| 应用层 | 所有能与用户交互并产生网络流量的程序，是用户与网络交互的界面，常用应用层协议有FTP、SMTP、HTTP |
| 表示层 | 处理不同通信系统中信息交换的表示方式：1）数据格式变换；2）数据加密-解密；3）数据压缩与恢复 |
| 会话层 | 向表示层实体/用户提供建立连接，并在连接上有序传输数据，这是会话也是建立同步（SYN）;1）建立、管理、终止会话；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 |
| 传输层 | 负责主机中两个进程之间的通信，即端到端通信，传输单位为报文段/用户数据报，具有以下功能：1）可靠/不可靠传输；2）差错控制；3）流量控制；4）复用分用：①复用：多个应用层进程可同时使用下层传输层的服务；②分用：传输层可将收到的信息分别交给上层应用层中不同的进程；传输层常用协议为TCP、UDP； |
| 网络层 | 主要任务是将分组从源端传送到目的端，为分组交换网络上的不同主机提供通信服务，传输单位为数据报。有以下功能：1）路由选择；2）差错控制；3）流量控制；4）拥塞控制。常用协议有IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF |
| 数据链路层 | 将网络层传入的数据报组装成帧，传输单位为帧，主要协议有SDLC、 HDLC、PPP、STP。具有以下功能：1）成帧；2）差错控制；3）流量控制；4）访问（接入）控制 |
| 物理层 | 在物理媒体上实现比特流的透明传输，传输单位为比特，主要协议有Rj45、802.3。有以下功能：1）定义接口特性；2）定义传输模式；3）定义传输速率；4）比特同步；5）比特编码 |
- OSI模型解释数据通信过程：
2.2.2 TCP/IP参考模型
- 先定义协议栈，然后归纳出网络分层结构；
2.2.3 OSI模型对比TCP/IP模型
-
相同点：
-
不同点：
2.2.4 5层参考模型
- 网络分层结构：
- 通信过程：
参考资料：
- 王道考研；