计算机网络——基础概念与层次结构

计算机网络——基础概念与层次结构

一、常用名词概念

1、局域网（LAN）

局域网是在某一区域由多台计算机互联组成的计算机组，一般覆盖范围为方圆几千米内

2、城域网（MAN）

城域网是在一个城市范围内建立的计算及通信网，通过城域网可以将不同地点的主机、数据库以及LAN等互相连接起来

3、广域网（WAN）

广域网又称外网、公网，是连接不同地区局域网与城域网计算机通信的远程网，覆盖范围从几十公里到几千公里，可以连接多个地区、城市和国家，横跨多个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络

4、MAC地址

MAC地址即Media Access Control Address，直译为媒体访问控制地址，或称为物理地址、硬件地址，用于定义网络设备的位置，在网络中唯一标识一个网卡。MAC地址用48位二进制表示

5、IP地址

IP地址时IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异

6、网关

网关又称网间连接器，协议转换器。网关在网络成以上实现网络互联，在协议不同的两个网络之间起到转换的作用。我们可以将网关理解为某个网络的标识关卡、入口，当网络A中的一台主机想要与网络B中的主机进行通信时，必须先通过A的网关，再转发到B的网关，再由B的网关转发给目标主机

7、网桥

又称桥接器，是连接两个局域网的一种存储/转发设备，它能将一个大的LAN分割为多个网段，获奖两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可以访问服务器

8、交换机

交换机是用于电信号转发的网络设备，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

9、路由器

路由器是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用。其主要功能是路由选择与转发。路由器会读取数据包中的地址然后决定如何传送。

二、性能指标

1、速率：

速率即数据率或称数据传输率或比特率，值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，单位有：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

2、带宽：

原本指某个信号具有的频带宽度，在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传输数据的能力，通常指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率，单位有：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

3、吞吐量：

在单位时间内通过某个网络的数据量，单位有：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s，Tb/s

• 三者区别：带宽是一个理想值，是信道的最大传输速率，而吞吐量则是实际的传输速率，吞吐量小于等于带宽

4、时延

指数据从网络的一端传送到另一端所需要的时间，也称延迟或迟延，单位为s

• 类别：

  • 发送时延：表示从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个波特发送完成所需要的时间。

    发送时延=数据长度/信道带宽

  • 传播时延：电磁波在信道中传输所花费的时间，取决于电磁波传播速度和链路长度

  • 排队时延：等待输入输出链路可用的时间

  • 处理时延：主机或路由器在收到分组后对数据进行处理的时间

5、时延带宽积

时延带宽积=传播时延*带宽，时延带宽积又称以比特为单位的链路长度，表示某段链路现在有多少比特

6、往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接受方的确认，总共经历的时延

RTT包括：往返传播时延（即传播时延*2）+处理时延

7、利用率

• 信道利用率=有数据通过的时间/总的传输时间
• 网络利用率=信道利用率加权平均值

三、分层结构

1、分层的一些相关概念

• 实体：第n层中的活动元素称为n层实体，同一层实体称为对等实体

• 协议：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（协议是水平的，即不同层次间不共享协议）

• 接口：又称访问服务点SAP，是上层使用下层服务的入口

• 服务：下层为上层提供的功能调用称为服务

  • SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据

  • PCI协议控制信息：控制协议操作的信息

  • PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位

    每一层向下传送的数据作为下一层的SDU并加上该层的PCI组成该层的PDU再向下传输
    

2、7层OSI参考模型

2.1、应用层

是用户与网络的界面，包括所有能和用户交互产生网络流量的程序

网络协议：文件传输协议FTP、电子邮件SMTP、HTTP、HTTPS

2.2、表示层

用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式

表示层功能：

• 数据格式变换，将计算机内部的多种数据格式转换为标准格式
• 数据加密和解密
• 数据的压缩和恢复

2.3、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的传输数据

会话层功能：

• 建立、管理、终止会话
• 使用校验点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

网络协议：ADSP、ASP

2.4、传输层

负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信，传输层向高层屏蔽了下层的数据通信细节，使高层无需关心实际传输过程中经过的节点，传输单位是报文段或用户数据报

传输层功能：

• 可靠传输（TCP协议）、不可靠传输（无连接传输，UDP协议）
• 差错控制
• 流量控制，控制发送方速度
• 复用与分用，复用指多个应用层进程可以同时使用传输层的服务，分用指传输层把收到的信息分别交付给应用层中相应的进程

网络协议：TCP、UDP

2.5、网络层

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

网络层功能：

• 路由选择
• 流量控制
• 差错控制
• 拥塞控制：若所有节点都来不及接受分组导致大量分组需要丢弃，此时网络就处于拥塞状态，网络层需要采取一定的措施缓解拥塞

网络协议：IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF

2.6、数据链路层

主要任务是把网络层传输的数据报组装成帧，数据链路层的传输单位是帧

数据链路层功能：

• 帧的界定与同步，对帧的开始和结束进行定义
• 差错控制，包括帧错和位错
• 流量控制
• 访问（接入）控制

网络协议：SDLC、HDLC、PPP、STP

2.7、物理层

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

透明传输指：不管传输的数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传输

物理层功能：

• 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

3、TCP/IP参考模型

OSI模型与TCP/IP模型的对比：

• 相同点：
  • OSI模型与TCP/IP模型都使用了分层的结构
  • 可以实现异构网络的互联
• 不同点：
  • OSI是学术上和法律上规定的国际标准，通常用于理论性研究学习，而TCP/IP模型是实际上被广泛使用的模型
  • OSI先有模型后有协议，TCP/IP先有协议后又模型
  • OSI的网络层基本与TCP/IP的网际层对应，二者的功能基本相似，但是寻址方式有较大的区别。