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计算机网络--概述

shadow- 2022-03-15 21:57 原文

第一章 -- 概述

因特网概述

最核心的功能

  • 连通性
  • 资源共享

网络作用范围

  • 广域网 WAN
  • 城域网 MAN
  • 局域网 LAN
  • 个人区域网 PAN

使用者分类

  • 公用网
  • 专用网

网络、互联网、因特网

  • 网络(Network)：由若干结点(Node)和连接这些结点的链路(Link)组成
  • 互联网：由路由器互联的多个网络，互联网是“网络的网络(Network of Networks)”
  • 因特网(Internet)：是世界最大的互联网

internet与Internet的区别

  • internet(互联网)是一个通用名词，它泛指多个计算机网络互连而成的网络，在这些网络之间的通信协议可以是任意的
  • Internet(因特网)则是一个专有名词，它指指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网。采用TCP/IP协议作为通信规则，其前身是美国的ARPANET

因特网发展的三个阶段

第一阶段：从单个网络ARPANET向互连网络发展

  • 1969年，第一个分组交换网ARPANET
  • 70年代中期，研究多种网络之间的互连
  • 1983年，TCP/IP协议成为ARPANET的标准协议(因特网诞生时间)

第二阶段：从单个网络ARPANET向互连网络发展

  • 1985年，NSF建设NSFNET(主干网、地区网、校园网)
  • 1990年，ARPANET任务完成，正式关闭
  • 1991年，主干网私企化

第三阶段：逐渐形成了多层次ISP结构的互联网

  • 1993年，NSFNET逐渐被商用替代，运营转交因特网服务提供者ISP
  • 1994年，万维网WWW技术刺激因特网发展
  • 1995年，NSFNET停止工作，因特网彻底商业化
flowchart LR node1([从单个网络ARPANET向互连网络发展]) node2([逐步建成了三级结构的互联网]) node3([逐渐形成了多层次ISP结构的互联网]) node1 --> node2 node2 --> node3

因特网的标准化工作

因特网在制定标准上面向公众

因特网的组成

边缘部分

  • 主机【端系统】用户直接使用

核心部分

  • 路由器和网络构成（提高连通性和数据交换）

互联网核心

电路交换

  • 建立连接【分配资源】
  • 通话【一直占用通信资源】
  • 释放链接【归还通信资源】

优点

  • 通信延时小
  • 有序传输
  • 没有冲突
  • 适用范围广
  • 实时性强
  • 控制简单

缺点

  • 建立连接时间长
  • 线路独占，使用效率低
  • 灵活性差
  • 难以规格化

分组交换

  • 发送方

    • 构造分组
    • 发送分组

  • 路由器

    • 缓存分组
    • 转发分组

  • 接收方

    • 接收分组
    • 还原报文

优点

  • 无需建立连接
  • 线路利用率高
  • 简化了存储管理
  • 加速传输
  • 减少出错概率和重发数据量

缺点

  • 引发了转发时延
  • 需要传输额外的信息量
  • 对于数据报服务存在失序、丢失或重复分组的·问题

计算机网络性能

计算机网络性能指标

  • 速率 (bit/s, b/s, bps)

  • 带宽

  • 吞吐率

  • 时延

    • 发送时延
    • 传播时延
    • 处理时延
    • 排队时延

  • 时延带宽积

  • 往返时间【RTT】

  • 利用率

  • 丢包率

计算机网络体系结构

OSI体系结构

classDiagram class OSI体系结构 OSI体系结构 : 应用层 OSI体系结构 : 表示层 OSI体系结构 : 会话层 OSI体系结构 : 运输层 OSI体系结构 : 网络层 OSI体系结构 : 数据链路层 OSI体系结构 : 物理层

TCP/IP体系结构

classDiagram class `TCP/IP体系结构` `TCP/IP体系结构` : 应用层 `TCP/IP体系结构` : 运输层 `TCP/IP体系结构` : 网络层 `TCP/IP体系结构` : 网络接口层

原理体系结构

用于理论分析

classDiagram class 原理体系结构 原理体系结构 : 应用层 原理体系结构 : 运输层 原理体系结构 : 网络层 原理体系结构 : 数据链路层 原理体系结构 : 物理层

各层次简要：

  • 应用层

    解决通过应用进程的交互来实现特定网络应用的问题

  • 运输层

    解决进程之间基于网络的通信问题

  • 网络层

    解决分组在多个网络上传输（路由）的问题

  • 数据链路层

    解决分组在一个网络（或一段链路）上传输的问题

  • 物理层

    解决使用何种信号来传输比特的问题

部分术语

实体

任何可发送或接收信息的硬件或软件进程

  • 对等实体

    收发双方相同层次中的实体

协议

控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

  • 协议三要素

    语法：定义所交互的信息格式
    语义：定义收发双方所要完成的操作
    同步：定义收发双方的时序关系

服务

  • 在协议的控制下，两个对等实体的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务
  • 要实现本层协议，需要使用下一层所提供的服务
  • 协议是“水平的”，服务是“垂直的”
  • 实体可以看得见下层所提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议

  • 服务访问点

    在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，用于区分不同的服务类型

    各层间的服务访问点

    • 数据链路层: 帧的“类型”字段
    • 网络层: IP数据报首部中的“协议字段”
    • 运输层：“端口号”

  • 服务原语

    上层使用下层提供的服务必须通过语下层交换一些命令

PDU与SDU

  • 协议数据单元PDU

对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元

  • 物理层：比特流 (bit stream)
  • 链路层：帧 (frame)
  • 网络层：IP数据报或分组 (packet)
  • 运输层：TCP报文段 (segment) 或 UDP用户数据段 (datagram)
  • 应用层：报文 (message)
  • 服务数据单元SDU

同一系统内，层于层之间交换的数据包称为服务数据单元

  • 多个SDU可以合成一个PDU；一个SDU也可以划分为几个PDU

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