计算机网络:第一章 - 计算机网络体系结构 567次阅读 计算机网络 2022-09-09 目录 [TOC] ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 一、概述 ## (一)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**(网络 OS 进行管理)实现**资源共享**和**信息传递**的系统。 ## (二)组成 ### 1、从组成部分看 * 硬件、软件、协议三大部分组成。 ### 2、从工作方式看 * 核心部分:由大量的网络、路由器组成,为边缘部分提供连通性和交换服务。 * 边缘部分:用户直接使用的主机(已连接因特网)组成,用于进行通信、资源共享。 * 可采用 C/S 方式、P2P 方式 ### 3、从功能组成看 * 资源子网:实现资源共享/数据处理,对应 OSI 中的会话层、表示层、应用层。 * 通信子网:实现数据通信,对应 OSI 中的物理层(集线器、中继器)、数据链路层(交换机、网桥)、网络层(路由器)。 ## (三)功能 * 数据通信、资源共享 ## (四)分类 * 按分布范围: * 广域网(WAN):覆盖范围,几十千米~几千千米; * 城域网(MAN):覆盖范围,5~50km; * 局域网(LAN):覆盖范围,几十米~几千米; * 个人区域网(PAN):覆盖范围,10 米左右; * 按传输技术:广播式网络、点对点网络,是否采用分组存储转发与路由选择机制(点对点采用)是两者的重要区别; * 按拓扑结构:总线形网络、星形网络、环形网络、网状网络; ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%281.4_1%29.png) * 按使用者:公用网、专用网; * 按交换技术: * 电路交换网络:整个报文的比特率连续地从源点直达终点,经过连接、传输数据、断开连接三个阶段; * 报文交换网络:又称存储-转发网络,整个报文传送到相邻结点,全部存储后,再转发给下一个结点重复此过程直到到达目的结点; * 分组交换网络:将数据分成较短的固定长度的数据块,在每个数据块中加上辅助信息(目的地址、源地址等)组成分组(包),以存储-转发方式传输; * 按传输介质:有线、无线; ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 二、性能指标 * 带宽:表示网络的通信线路所能传送数据(发送)的能力,即数字信道所能传送的“**最高数据传输速率**”(**发送端网络设备所支持的最高速度**) - “带宽发送速率”,单位:比特/秒(b/s,bps); > 带宽单位“比特/秒”,简写为小写字母“b”,更大的单位是:Kb、Mb、Gb 等; > > * Kb=103b;Mb=106b;Gb=109b;Tb=1012b; > > 网速单位“字节/秒”,简写为大写字母“B”,更大的单位有:KB、MB、GB 等。 > > 网速 = 带宽 / 8;带宽 = 网速 * 8;1 比特 B=8 字节 b > * 时延:指数据(一个报文或分组)从网络(或链路)端到端传送的所需的总时间,也叫延迟或迟延,单位:s; * 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时间; * 发送时延 = 分组长度 / 信道宽度 = 数据长度(bit)/带宽发送速率(bit/s); * 传播时延:一个比特从链路的一端到另一端所需的时间; * 传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道(介质)上的传播速率(m/s); > 不同介质传输速率不一样; > > 光速:3.0*105km/s;铜线电缆:2.3*105km/s;光纤:2.0*105km/s; > * 处理时延、排队时延:数据在发送过程中的一些花费时间; * 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延 > 题中若无要求,则处理时延、排队时延忽略不计 > * 时延带宽积:以比特为单位的链路长度 * 时延带宽积 = 传播时延(s) * 信道带宽(b/s) * 往返时延(RTT):指从发送端发送数据开始,到发送端收到来自接收端的确定(接收端收到数据后立即发送确认),总共经历的时延。 * 吞吐量:指**单位时间**内通过**某个网络(或信道、接口)**的数据量,受到网络带宽或网络额定速率的限制 * 速率:数据的传送速率,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。 * 信道利用率:指某一信道有 n% 的时间是有数据通过 * **信道利用率 = 有数据通过时间 / (有 + 无数据通过时间)** * **信道吞吐率 = 信道利用率*发送方的发送速率** * **U = ( L / C ) / T** * T:发送周期(TD+RTT+TA); L:T 内发送的比特数, C:发送方数据传输率,L/C=TD(发送时延)。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 三、体系结构 ## (一)分层结构、协议(核心)、接口、服务 ### 1、相关概念 **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**(网络软件系统最重要核心)**:** 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】。 * 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。 **服务:** 对等实体在协议控制下,下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直方向】 * 上层使用下层所提供的服务时必须与下层交换一些命令,这些命令在 OSI 中称为服务原语。OSI 将原语划分为 4 类: * 请求(Request):由服务用户发往服务提供者,请求完成某项工作。 * 指示(Indication):由服务提供者发往服务用户,指示用户做某件事情。 * 响应(Response):由服务用户发往服务提供者,作为对指示的响应。 * 证实(Confirmation):由服务提供者发往服务用户,作为对 请求的证实。 * 这 4 类原语用于不同的功能,如建立连接、传输数据和断开连接等。有应答服务包括全部 4 类原语,而无应答服务则只有请求和指示两类原语。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.1.1_1%29.png) **协议、接口、服务三者之间的关系:** ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.1.1_2%29.png) ### 2、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 层提供服务时的服务不仅包含第 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。 ## (二)OSI 模型 OSI 模型共有 7 层,自下至上:① 物理层、② 数据链路层、③ 网络层、④ 传输层、⑤ 会话层、⑥ 表示层、⑦ 应用层; * 点到点:①②③;端到端:④⑤⑥⑦; * 通信子网:①②③;资源子网:⑤⑥⑦; ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.2_1%29.png) ### 1、物理层 物理层传输单位是**比特**,任务是透明的传输比特流。 功能:在**物理媒体**上位数据段设备**透明地传输**原始比特流。 1. 定义接口特性 * 比如连接电缆的插头应该有多少引脚,每个引脚如何连接。 2. 定义传输模式 单工、半双工、双工 * 单工:只可以单方向,比如两个人进行通信,同一时间段只可以一个人在发送且整个时间段不能变成接收端,另一个人只能接收且不能变成发送端。 * 半双工:两个人都可以发送或者接收,但是同一时间只能一个人发送另一个人接收(但发送方可以成为接收方,类似对讲机)。 * 双工: 两个人可以同发送和接收(类似打电话)。 3. 定义传输速率 * 定义发送端的发送速率和传输速率 4. 比特同步 * 发送端发送一个 1,接收端就能接收一个 1,保证比特的同步。 5. 比特编码 * 规定一下用什么样的电压表示 1 和 0 ### 2、数据链路层 数据链路层的传输单位是**帧**,主要任务是把网络层传下来的 IP 数据报**组装成帧**。 功能: 1. 成帧(定义帧的开始和结束) * 数据报组装成帧后会形成一个比较长的比特流序列,对于这样一个比特流需要定义一下哪是帧的开始哪是帧的结束。只有这样定义好,我们才可以在接收端收到帧的时候提取出数据的部分进而提交给网络层。 2. 差错控制(**帧错 + 位错**) * 如果发现有差错,数据链路层可能丢弃出现差错的帧,因为差错的帧继续在网络上传输会浪费资源。如果要纠错,可以通过可靠的传输协议纠正出现的差错。 3. 流量控制 * 协调发送端后接收端的速率问题,如果接收端的缓存不够用,发送端发过来的数据全都会丢弃掉,就会告诉发送端慢点发,等缓存有空间了再加快速度。 4. 访问(接入)控制 -(**控制对信道的访问**) * 比如在广播式网络中,同一时间只能有一个人在发送信息。所以数据链路层就可以控制大家对于共享信道的访问,专门由它的特殊子层介质访问子层来专门处理控制这个问题。 ### 3、网络层 网络层的传输单位是**数据报**,主要任务是把**数据单元(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。 功能: 1. 路由选择 * 选择合适的路由,具体选择哪种方式要看网络情况,选择最佳路径。 2. 流量控制 * 协调发送端后接收端的速率问题 3. 差错控制 * 通信两节点之间约定的规则 4. 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,缓解这种拥塞。 ### 4、传输层 传输层也称运输层,传输单位是**报文段(TCP)或用户数据报(UDP)**,主要负责主机中两个**进程间的通信(端到端通信)**。 功能: 1. 可靠传输、不可靠传输 * 可靠传输:发送端在文件很大就需要切分成报文段进行发送,接收端接收后会反馈确认信息给发送端,发送端收到确认信息后才能继续发送报文段。这是一个基于确认机制的过程。 * 不可靠传输:不需要使用确认机制,直接发报文段就行了。比如发消息就是采用不可靠传输。 2. 差错控制 * 对于发生的差错进行控制,比如传输报文段顺序错误,丢失等。传输层就负责纠正这些错误。 3. 流量控制 * 如果接收端接收能力有限,就需要发送方慢点发送,于是发送方减缓发送速率。 4. 复用和分用 * 复用:多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。 * 分用:运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。 ### 5、会话层 会话层利用传输层提供的端到端服务,向表示层提供增值服务(会话)。 表示层实体或用户进程**建立连接**并在连接上**有序**地**传输**数据。 > 会话:又称建立同步 SYN。 功能: 1. 建立、管理、终止主机间的会话进程; 2. 使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续回复通信,实现数据同步 ### 6、表示层 表示层主要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:数据格式变换、数据加密解密、数据压缩和恢复。 ### 7、应用层 应用层是用户与网络的界面,即所有能和用户交互产生网络流量的程序。 ## (三)TCP/IP 模型 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.3_1%29.png) OSI 参考模型先是理论,没有实践。而 TCP/IP 是由 TCP/IP 协议栈的实践发展为 TCP/IP 参考模型理论的。 TCP/IP 协议栈不是只有 TCP 和 IP,只不过 TCP 和 IP 占大头。 * 网际层是 TCP/IP 体系结构的**关键部分**。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.3_2%29.png) ## (四)五层模型 ### 1、计算机网络层次结构图 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.4.1_1%29.png) ### 2、数据在五层模型中的变化 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.4.2_1%29.png) ## (五)三种模式对应关系 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit1/CNET.Unit1.%283.5_1%29.png) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 参考资料 > **版权声明**:个人学习记录,本博客所有文章均采用 CC-BY-NC-SA 许可协议。转载请注明出处!若有侵权,请留言联系! > > * 2022 天勤计算机考研高分笔记-计算机网络 > * 2022 王道计算机考研复习指导-计算机网络 如果您觉得文章对您有帮助,请点击文章正下方的小**红心**一下。您的鼓励是博主的最大动力! 3 最后一次更新于2022-10-23 计算机网络
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