第一章 计算机网络体系结构

1.1 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，由功能完善的软件实现资源共享与信息传递的系统

计算机网络是互连的、自治的

1.2 组成

1. 组成部分：硬件、软件、协议

2. 工作方式：[1]、边缘部分用户直接使用（C/S方式、P2P方式）[2]、核心部分：为边缘部分服务

3. 协议组成：通信子网：实现数据通信；资源子网：实现资源共享/数据处理

1.3 功能

1. 数据通信

2. 资源共享

3. 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

4. 提高可靠性

5. 负载均衡

1.4 分类

1. 按分布范围：广域网(WAN)、城域网(MAN)、个人区域网(PAN)

2. 按使用者：公用网、专用网

3. 按交换技术：电路交换、报文交换、分组交换

4. 按拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型

5. 按传输技术：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

1.5 性能指标

1.5.1 速率

速率（数据率或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送数据位数的速率，单位为b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s

1.5.2 带宽

1、“带宽“原本指某个信号其有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）

2、计算机网络中，带宽用来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“，单位是“比特每秒”，b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s

1.5.3 吞吐量

表示在单位时间通过某个网络（或信道或接口）的数据量。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

1.5.4 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的时间，也叫延迟或迟延。单位是s。

发送时延：从发送分组的第一个比特算起，到分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

传播时延：取决电磁波传播速度和链路长度。

排队时延：等待输出/输入链路的时间

处理时延：检错/找出口所需时间

1.5.5 时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 x 带宽，又称为以比特位单位的链路长度

1.5.6 往返时间RTT

从发送方发送数据开始，到发送方接收到接收方的确认总共经历的时延。

1.5.7 利用率

1. 信道利用率 = 有数据通过时间 / （有+无）数据通过时间

2. 网络利用率：信道利用率加权平均值

1.6 计算机网络分层结构

1.6.1 OSI参考模型

1、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/HTTPS）

2、表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法与语义），主要协议：JPEG、ASCII。其功能为[1]、数据格式变换；[2]、数据加密解密;[3]、数据压缩和恢复

3、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。**建立同步（SYN）。其功能：[1]、建立、管理、终止会话；[2]、使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。**主要协议：ADSP、ASP

4、传输层：负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。**其功能：[1]、可靠传输、不可靠传输;[2]、差错控制;[3]流量控制;[4]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相应的进程。主要协议：TCP、UDP

5、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。**其功能：[1]、路由选择;[2]、流量控制;[3]、差错控制;[4]、拥塞控制。**主要协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF。

6、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。**其功能：[1]、成帧（定义帧的开始和结束）;[2]、差错控制（帧错+位错）;[3]、流量控制;[4]、访问（接入）控制，控制对信道的访问。**主要协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

7、物理层：主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。网络层的传输单位是比特。**其功能：[1]、定义接口特性;[2]、定义传输模式（单工、半双工、双工）;[3]、定义传输速率;[4]、比特同步;[5]、比特编码。**主要协议：Rj45、802.3

1.6.2 TCP/IP参考模型

1.6.3 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的相同点

1、都分层

2、基于独立的协议栈的概念

3、可以实现异构网络互联

1.6.4 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的不同点

1. OSI定义三点：服务、协议、接口

2. OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议

3. 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。

4. 4、ISO/OSI参考模型在传输层是面向连接的，网络层是无连接和面向连接；而TCP/IP模型在传输层是无连接和面向连接的，网络层是无连接的。

面向连接：1、建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求；2、传输数据，只有连接成功后才能开始数据传输；3、释放连接，当数据传输完毕，必须释放连接。

无连接：直接进行数据传输。

1.6.5 五层参考模型