计算机网络的概念
计算机网络是互连的、自治的计算机集合
计算机网络的功能
- 数据通信（连通性）
- 资源共享：硬件、软件、数据
- 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分
- 提高可靠性
- 负载均衡
计算机网络的组成
- 组成部分：硬件、软件、协议
- 工作方式：边缘部分、核心部分
- 功能组成：
- 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
- 分布范围：广域网，城域网，局域网，个人区域网
- 使用者：公用网，专用网
- 交换技术：电路交换，报文交换，分组交换
- 分组交换是报文交换的改进：将报文拆分成分组
- 拓扑结构：总线型，星型，环型，网状型
- 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
计算机网络性能指标
- 速率：数据率 或称 数据传输率 或 比特率。连接在计算机网络上的 主机 在数字信道上传输数据 位数的速率
- 额定速率
- 带宽：表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的 “最高数据率”。单位式 “比特每秒(bps)”
- 吞吐量：单位时间内通过**某个网络（或信道、接口）**的数据量。吞吐量受网络的带宽和网络的额定速率的限制
- 实际传输速率，可以理解为实际的带宽
- 时延：指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需时间。单位是s
- 时延分为四部分：发送时延、传播时延、排队时延、处理时延
- 时延带宽积：传播时延 x 带宽
- 又称以 比特为单位的链路长度，即“某段链路现在有多少比特”
- 往返时延 RTT：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认，总共经历的时延
- 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
- 末端处理时间
- 利用率：信道利用率，网络利用率
- 信道利用率 =
- 网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值
- 利用率越大，时延反而越大，
- PDU (Protocol Data Unit) = PCI (Protocol Control Information) + SDU (Service Data Unit)
OSI 参考模型
上三层：应用层、表示层、会话层为 资源子网（数据处理）
传输层是资源子网和通信子网的接口。
下三层：网络层、数据链路层、物理层为 通信子网（数据通信）
上四层是 端到端 的通信，下三层是 点到点 的通信
应用层
所有能和用户交互产生网络流量的程序
- 文件传输(FTP)、电子邮件(SMTP)、万维网(HTTP)
表示层
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）
- 数据格式交换（翻译官）
- 数据加密解密
- 数据压缩和恢复
会话层
向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。这是会话，也是建立同步(SYN)
- 建立、管理、终止会话
- 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
- 适用于传输大文件
传输层
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报
- 可靠传输 (TCP)、不可靠传输 (UDP)
- 差错控制
- 流量控制
- 复用分用
- 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
网络层
主要任务是把 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，网络层传输单位是 数据报。
- 路由选择（最佳路径）
- 流量控制
- 查错控制
- 拥塞控制
数据链路层
主要任务是把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。
- 成帧（定义帧的开始和结束）
- 差错控制（帧错、位错）
- 流量控制
- 访问（接入）控制：控制对信道的访问
物理层
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：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
- 定义接口特性
- 定义传输模式：单工、半双工、双工
- 定义传输速率
- 比特同步
- 比特编码
TCP/IP 参考模型
应用层（应用层、表示层、会话层）、传输层、网际层、网络接口层（数据链路层、物理层）
与 OSI 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
与 OSI 不同点
- OSI 定义三点：服务、协议、接口
- OSI 先 出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
- TCP/IP 设计之初就考虑到了异构网 互联 问题，将 IP 作为重要层次
- 还有传输层和网络层的差异
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
五层参考模型
综合 OSI 和 TCP/IP 的优点
| 层次 | 功能 | 主要协议 |
|---|---|---|
| 应用层 | 支持各种网络应用 | FTP、SMTP、HTTP |
| 传输层 | 进程-进程的数据传输 | TCP、UDP |
| 网络层 | 源主机到目的主机的数据分组路由与转发 | IP、ICMP、OSPF等 |
| 数据链路层 | 把网络层传下来的数据组装成帧 | Ethernet、PPP |
| 物理层 | 比特传输 | -------- |