计算机网络体系结构
考纲
计算机网络的概念、组成、功能
计算机网络的分类
计算机网络的性能指标
计算机网络体系结构和参考模型
计算机网络分层结构
计算机网络 协议、接口、服务的概念。
ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型
计算机网络概述
1.1 计算机网络的概念
计算机网络：由结点(node)和链接结点的链路(link)组成。
interent: 互联网，由多个计算机网络互联而成的计算机网络。
Interent: 互联网或因特网，专用名词，全球最大的、开放的、由众多网络和路由器组成的特定计算机网络，采用TCP/IP作为通信规则。
1.2 计算机网络的组成
从不同角度来看可以分为如下
- 从组成部分来看：
协议是计算机网络的核心，规定了网络传输数据是所要遵循的规范。
- 从工作方式来看：
边缘部分用来通信和资源共享
核心部分用来提供连通性和交换服务。
- 从功能组成来看
通信子网使网络具有数据传输、交换、控制和存储的能力。
资源子网为用户提供其它计算机上的硬件资源、软件资源和数据资源的服务。
1.3 计算机网络的功能
1.4 电路交换、报文交换和分组交换
路由器对于收到的分组进行存储转发。
电路交换
分为三步：建立连接，数据传输，连接释放
注意：这条连接通道是专用的，直到通信结束后才会被释放。
电路交换的优点：
- 通信时延小。专用通道，数据直达，传输时延小。
- 有序传输。通信时按顺序发送数据，不会乱序。
- 没有冲突。没有物理通道冲突，都是专用的信道。
- 适用范围广。模拟信号和数字信号都可以传输。
- 实时性强。
- 控制简单。交换设备及控制比较简单
电路交换的缺点：
- 建立连接的时间长。
- 线路的利用率低。
- 灵活性差。通路出现故障，就要重新建立连接，再传输数据。
- 难规格化。不同种类的终端很难相互进行通信。
- 难实现差错控制。无法检验数据然后解决纠正错误。
报文交换
数据交换单位：报文，无长度限制。
采取 存储转发 技术：报文传送到相邻的结点，全部存储后查找转发表，转发到下一个结点，重复此步骤直到达到目标结点。
用户数据 + 源地址、目的地址等信息 —> 封装成报文
报文交换的优点：
- 无须建立连接。随时可以发送报文，没有建立连接的时延。
- 动态分配线路。选择空闲的合适线路就可以转发报文。
- 线路可靠性高。传输线路故障，可以选择另一条路径。
- 线路利用率高。
- 提供多目标服务。一个报文可以转发给多个目的地址。
报文交换的缺点：
- 转发时延高。报文全部接收完才能转发给下一个结点。
- 缓存开销大。
- 错误处理效率低。报文较长时，发生错误的概率大，重新传报文德代价也大。
分组交换
数据交换单位：分组，长度一致。
将报文划分成等长数据段，前面加入必要控制信息作为首部，如此构成分组。
采取 存储转发 技术
分组交换的优点：
- 无建立时延。
- 线路利用率高。
- 简化了存储管理。分组长度固定，缓冲区的大小也固定。
- 加速传输。
- 减小了出错概率和重发数据量
分组交换的缺点：
- 存在存储转发的时延。
- 传输额外的信息量。每个分割的小数据段都要加上控制信息，从而增加了传输信息量。
- 可能出现失序、丢失或者重复分组的情况。可以采用虚电路的服务解决这个问题，但是需要三个过程：建立呼叫、数据传输、虚电路释放。
三者比较
- 电路交换适用：数据量很大，传送时间远大于呼叫时间。
- 分组交换适用：端到端链路由多段链路组成。
- 分组交换适用：计算机之间的突发式通信。
- 信道通信率：报文和分组优于电路。
1.5 计算机网络的分类
总共有五种分类方式：
- 按照 分布范围 分类
- 按照传输技术分类
按照拓扑结构分类
按照使用者分类
- 按 传输介质 分类
1.6 ⭐计算机网络的性能指标
主要有以下这些
1.6.1 速率
信道：信息传送的通道，一条通信线路上逻辑上存在一条发送信道和接收信道。这两条信道速率不一定相同。
速率（speed）：连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率。也称为数据率或比特率、数据传输速率（常用）。单位：bit/s （或b/s或 bps（常用））
==注意！B/s的B代表的是Byte 字节；b/s代表的是bit 比特；而1B=8b ==
计算机网络中表示数量的前缀有：K千（10^3） M兆（10^6） G吉（10^9） T太（10^12）
比如
3Kbps = 3 * 10^3 bps3MB/s = 3 * 10^6 * 8 bps注意！在计组、操作系统中
KMGT的换算是 *2^10即：K千（2^10） M兆（2^20） G吉（2^30） T太（2^40）
在计算这类题目的时候注意两点：1. B还是b 2. 数量前缀
1.6.2 带宽
带宽（bandwidth）:某信道所能传送的最高数据率。
比如说你办理一个宽带，你的下行带宽是1000Mbps，也就是最高数据传输速率为1000Mbps，那么你下载数据所能达到的最高的速率是1000/8MB/s=125MB/s。若上行带宽为30Mbps，那给别人传文件的最大传输速率最大也就是30/8MB/s=3.75MB/s。
节点间通信实际上能达到的最高速率，由带宽、节点性能共同限制。如上例子A给B发送数据的最高理论速率只能为10Mbps，如果A发送数据速率超过了10Mbps，则数据会发生丢失。
由此我们可以得知，买网线要和我们买的套餐相匹配啊！！
带宽在不同科目中所代表的含义：
本质是一样的，都是代表的是信道传输数据能力的强弱。
1.6.3 吞吐量
吞吐量（Throughput）：单位时间内通过某网络（或者信道/接口）的实际数据量。吞吐量需要将发送数据和接收数据都考虑在内哦。
描述某网线的吞吐量，需要计算信道吞吐量的总和。比如网线有信道1和信道2，吞吐量分别是
1.8MB/s和20MB/s，那么网线的吞吐量为21.8MB/s。
速率、带宽、吞吐量的单位都是bps
1.6.4 时延
时延：数据从A点传输到B点所需要的时间，也称为延迟或迟延。
总时延 = 发送时延（传输时延）+ 传播时延 + 处理时延 + 排队时延
发送时延：节点将数据推向信道所需要的时间。
发送时延 = 数据长度（b）/发送速率（b/s）传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离所需要的时间。
传播时延 = 信道长度（m）/数据传播速度（m/s）处理时延：路由器处理所需要的时间。考试中一般忽略不考虑。
排队时延：数据排队进入、排队发出路由器所需要的时间。考试中一般忽略不考虑。
1.6.5 时延带宽积
字如其名
时延带宽积（b） = 传播时延（s） × 带宽（b/s）
时延带宽积的含义：一条链路中，已从发送端发出但尚未到达接收端的最大比特数。
时延带宽积主要是用于设计最短帧长（后续会学习到）
1.6.6 往返时延
往返时延（RTT）:表示从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共要经历的时间。
往返时延= 数据的传播时延 + 接收方的处理时延 + 确认的发送时延 + 确认的传播时延
1.6.7 信道利用率
信道利用率：某个信道有百分之多少的时间是有数据通过的。
信道利用率 = 时间（有数据）/时间（有数据）+时间（无数据）
信道利用率不能太低，浪费资源；信道利用率不能太高，容易导致网络堵塞。
1.7 计算机网络的分层结构
- 分层的思想
- 三种常见的计算机网络体系结构
- 各层之间的关系
1.7.1 分层的思想
设计思想：将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题。
将复杂的网络在逻辑上划分为多个层次，并将各种功能安排在合适的层次中。
不同类型的节点，实现的功能层次可能不一样。。
分层结构的设计不唯一，可以根据实际需求增加或减少层次。
同一个功能可以在多个层次中重复出现
1.7.2 常见的三种计算机网络体系结构
OSI、TCP/IP、五层模型（大纲）
网络的体系结构：计算机网络各层及其协议的集合
实现：遵循这种体系结构的前提下，用硬件或者软件完成这些功能。
体系结构是抽象的，而实现是具体的
1.7.3 各层间的关系
先学习几个名词
实体：第n层的活动元素（软件+硬件）
对等层：不同机器的同一层
对等实体：不同机器的同一层的实体。
协议：即网络协议，控制对等实体之间进行通信的规则集合，是**水平**的。
接口：同一节点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，又称为服务访问点（
SAP）服务：下层为紧邻的上层提供的功能调用，**垂直**的
协议数据单元（
PDU）：对等层之间传递的数据单位。第n层的PDU记为n-PDU。PDU = PCI + SDU服务数据单元（
SDU）：为完成上一层实体所要求的功能而传送的数据。第n层的SDU记为n-SDU。协议控制信息（
PCI）：控制协议操作的信息。第n层的PCI记为n-PCI。
数据的传输过程：数据由最顶层开始，逐层向下传递，每一层都会对数据进行处理，最后在物理传输媒体上传递。接收方收到数据后，从最底层传递到最顶层，每一层也会对数据也会处理。
1.7.4 协议三要素
语法、语义、同步
语法：数据与控制信息的格式。
语义：需要发出哪种控制信息、完成何种动作、做出哪种应答。
同步（时序）：事件实现顺序的详细说明。
1.8 OSI 参考模型
- 记住各层的名称和顺序
- 了解常见网络设备的功能层次
- 了解各层的功能
1.8.1 各层名称和顺序
运输层称为传输层
记录名称顺口溜（从下到上）：物联网叔会使用
1.8.2 常见网络设备的功能层次
我们通常将**物理传输媒体（光纤、网线等）**作为第0层。
交换机2：数据链路层、物理层
路由器3：物理层、数据链路层、网络层
主机7：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
集线器1：物理层
1.8.3 各层的功能
物理层：实现相邻节点之间的比特（0或1）的传输。以比特为单位
需要定义电路接口参数；需要定义传输信号的含义、电器特征。数据链路层：确保相邻节点之间的链路逻辑上无差错。以帧为单位。
差错控制：检错+纠错
流量控制：协调两个结点的速率。
网络层：把分组从源节点转达到目的结点。以分组为单位
路由选择、分组转发、拥塞控制、网际互连
传输层：实现端到端通信，即实现进程到进程之前的通信，端指的是端口。以报文段为单位
分用和复用
会话层：管理进程间的会话
表示层：解决不同主机信息表示不一致的问题。
应用层：实现特定的网络应用，以报文为单位
1.9 TCP/IP 参考模型
- 记住各层的名称和顺序
- 了解TCP/IP模型和OSI模型的区别
- 了解TCP/IP模型各层的功能
1.9.1 各层的名称和顺序
网际层常称为网络层
名称顺口溜：接网叔用
1.9.2 二者模型的区别
由于表示层和会话层不是每个网络应用都需要的，所以TCP/IP模型就去掉了这两个层次。如果某些应用使用到了原属于这两个层次的功能，可以放到应用层上实现。
TCP/IP模型认为网络日新月异，网络硬件的种类繁多，不应该有过多的限制，于是只在网络层下设置了网络接口层，只实现数据传输，但是不规定怎么传输。
注意二者的传输层和网络层的区别
小结
学习笔记，欢迎指正
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