计算机网络学习笔记NO.1 计算机网络概述
第一节 计算机网络概念
1.1.1组成·功能·分类
- 该系统涵盖计算机网络技术
- 计算机网络:由分散部署的多个独立功能单元构成，并通过专门的通信设备和线路进行连接
- 由功能完善的软件实现资源共享和信息传输
- 计算机网络具有互连性
❝
互连-互联互通 通信链路 自治-无主从关系
❞
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)
3.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
4.提高可靠性
AI写代码计算机网络的组成
- 「组成部分」 硬件，软件，协议
- 「工作方式」
| 部分 | 使用 |
|---|---|
| 边缘部分 | 用户直接使用-c/s方式，p2p方式 |
| 核心部分 | 为边缘部分服务 |
「功能组成」
| 子网 | 功能 |
|---|---|
| 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」
| 范围 | |
|---|---|
| 分布范围 | 广域网WAN 城域网MAN 局域网WAN 个人区域网PAN |
| 使用者 | 共用网·专用网 |
| 交换技术 | 电路交换 报文交换 分组交换 |
| 拓扑结构 | 总线型·星型·环形·网状型(广域网) |
| 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」** |
1.1.2标准化工作及相关组织
标准化工作
| 标准 | 说明 | |
|---|---|---|
| 法定标准 | 由权威机构指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成了标准 | TCP、IP |
「RFC」 -因特网标准形式:
该互联网草稿尚未达到RFC文档的标准。当该草案被定为「建议性标准」时，则被视为 RFC 文档的一部分。「草稿标准」这一名称后来被取消使用，并不再作为正式术语提及。最终文档则以「互联网标准」的身份出现并得以永久确认。
标准化相关组织
| 组织 | 职责 |
|---|---|
| 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**「RFC」** |
1.1.3速率相关的性能指标
速率
速率既**「比特率」** 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」** 和**「速率」**
单位:「b/s、kb/s、mb/s、gb/s、tb/s」
| 速率 | 存储容量 |
|---|---|
| 千1kb/s=103b/s | 1KB=210B=1024B=1024 * 8b |
| 兆1Mb/s=103kb/s= 109b/s | 1MB= 210KB=1024KB |
| 吉1Gb/s=103Mb/s= 106kb/s=109b/s | 1 GB=210MB=1024MB |
| 太1Tb/s=103Gb/s=106Mb/s=109kb/s=1012b/s | 1TB= 210GB= 1024GB |
带宽
「带宽」指的是某信号所拥有的频率范围，在通信系统中通常定义为最高频率与最低频率之间的差距。其单位为赫兹（Hz）。
计算机网络中，带宽能力用于衡量网络传输介质传送数据的能力。它通常指单位时间内从一个节点到另一个节点能传输的最大信息量。单位是比特每秒（b/s），常见的表示还有千比特每秒（kb/s）、兆比特每秒（mb/s）和吉比特每秒（gb/s）。
「网络设备所支持的最高速度」
列如：链路带宽=1Mb/s 主机在1us内可向链路发1bit数据
吞吐量
定义：表示在单位时间内通过某个网络(或者信道、接口)的数据量
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
定义：该概念表示数据在网络两端之间传输所需的时间长度，并被称为延迟或迟延时间（单位为秒）。
「发送时延（传输时延）」 ：由发送分组的第一个比特开始计算，在此期间从第一个比特到最后一个比特完成传输所需的总时间（即数据长度除以信道带宽或发送速率为基准）。
「传播时延」 ：由电磁波传播速度与通信介质长度共同决定（等于信道长度除以电磁波在特定介质上传播的速度）。
「排队时延」 ：处于等待状态直至输出或接入链路的状态结束。
「处理时延」 ：涉及检错流程以及确定出口位置的过程。
时延带宽积
定义：时延带宽积(bit)=传播时延(s)X带宽(b/s)
又称为以==「比特为单位的链路长度」 ==，既是“「某段链路现在有多少比特」 ”
往返时延RTT
从数据发送至确认接收的时间跨度，在接收到数据后立即返回确认信息），「整个过程所经历的时间延时」
「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」 ， 「以及末端处理时间」 。
利用率
- 网络利用率-信道利用率加权平均值
第二节 体系结构与参考模型
1.2.1 分层结构、协议、接口、服务
为什么要分层？
发送文件前要完成的工作：
发起通信的计算机必须将通信的通路进行**「激活」** 。
要告诉网络如何识别目的主机。
发起通信的计算机要查明目的的主机是否开机，并且与网络正常。
在发起通信之前，目标方的计算机必须确认其文件管理程序的状态是否处于待机准备状态。
确保差错和意外可以解决。
……
怎么分层？
「任务」 ：82年的拉菲邮寄给对方。
- 各层级之间相互保持独立性，在设计架构时将各层级划分为各自专注执行单一且独立的功能模块。
- 在层级设计中采取直观简洁的界面布局，在保证易用性的前提下减少了各层级之间的数据交互。
- 整体架构具有良好的模块化特性，在遵循最合适的技术原则的同时实现了功能划分与技术实现的最佳契合。
- 系统设计中特别注重遵循"单向依赖"的设计理念，在确保上层层面对下层层面具有完整的依赖关系的同时避免了双向数据交互以减少潜在的性能瓶颈和复杂性。
- 通过这种分层次的设计方案, 我们有望实现组织内部协作的一致性和可管理性
正式认识分层结构
「实体」 ：第n层中的活动元素称为**「n层实体」** 。同一层实体叫做**「对等实体」** 。
水平
水平
水平
-
语法规则：确定数据传输的标准格式
-
语义功能：明确所需实现的功能
-
同步机制：规划操作流程中的顺序安排
「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位。
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。
在第n层向其上一层的n+1层传递服务内容时，所传递的服务不仅涵盖了当前该层次自身的能力与性能，并且还包括了下一层级所提供的相关功能。
仅仅在「相邻层之间存在接口」的情况下，并且所提供的具体实现细节完全隐藏于上一层。
体系结构是**「抽象」** 的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。
1.2.2 ❤OSI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
ISO/OSI参考模型——怎么来的？
为了解决计算机网络复杂的大问题——分层结构(「按功能」)
目的：支持**「异构网络系统」** 的互联互通。
国际标准化组织(ISO)于1984年提出开放系统互连(OSI)参考模型。
「注：理论成功，市场失败。」
ISO/OSI参考模型
| OSI层 | 层数 | 作用 | |
|---|---|---|---|
| 应用层 | 7 | DATA加上头部控制信息 | |
| 表示层 | 6 | 资源子网(数据处理) | 7----PDU |
| 会话层 | 5 _ | 6-------PDU | |
| 传输层 | 4 | 5----------PDU | |
| 网络层 | 3 | 4------------PDU | |
| 数据链路层 | 2 | 通信子网(数据通信) | T2--3---------------PDU |
| 物理层 | 1 _ | 010100011111000…… |
顺口溜：「物联网淑惠试用」 。
每层完成特定功能
ISO/OSI参考模型解释通信过程
应用层
定义：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
定义：用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式(语义和语法)
「功能一：数据格式交换 翻译官」
「功能二：数据加密解密」
「功能三：数据压缩和恢复」
会话层
定义：向表示层实体/用户进程提供**「建立链接」** 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：借助校验点机制，在通信出现中断时会话能够从校验点或同步点重新启动正常的通信连接，并确保数据同步完成（特别适用于传输涉及大量数据的文件）。
传输层
定义：主要处理主机内两台进程之间的通信过程。等同于全链路的实时数据传输。其中的数据传输采用报文段或用户数据报作为基本单位。
「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利用下面的运输层服务。
分配使用：运输层级将接收的信息被分配到相应的位置。
主要协议：TCP、UDP
顺口溜：可差的也能留用？
网络层
定义:核心功能是通过网络传输通道将分组信息发送至目标服务器，并实现跨主机的数据传输支持。
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」
当网络中的各个节点未能及时接收数据包时，大量的未被接收的数据包将被迫被丢弃掉。
因此为了应对当前的网络拥塞问题，
我们必须实施相应的管理策略。
主要协议：IP/IPX/ICMP/IGMP/ARP/RARP/OSPF
数据链路层
定义:主要任务是吧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
定义：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」 ：指的是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送。
「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」
1.2.3 TCP、IP参考模型和5层参考模型
OSI参考模型与TCP/IP参考模型
OSI参考模型与TCP/IP参考模型相同点
- 都分层
- 基于独立的协议栈的概念
- 可以实现异构网络互联
OSI参考模型与TCP/IP参考模型不同点
0SI定义三点:服务、协议、接口
0SI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 |
将「面向连接」划分为三个步骤，并且每个步骤都有明确的操作流程：首先是创建一个通信通道，在这一阶段内向系统发送一个请求指令。仅当完成建立过程后才可以进行数据传输操作，并且这一步骤属于第二个环节。接下来的任务是在完成所有传输任务后必须关闭该通信通道以释放资源。相比之下，在「无网络状态」模式下则无需经历这些步骤，并可以直接发起通信过程。
五层参考模型
「结合了OSI和TCP/IP的优点」
5层参考模型的数据封装与解封装
hi 认识一下？
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