计算机网络概述

层次结构设计的基本准则

计算机网络是依据层次结构进行设计的，为什么要这样设计？

分层实现不同的功能，各层间相互解耦，相互独立，每一层有足够的灵活性。

从数据上讲，从上到下分别是 网络应用数据，数据可靠性通信，物理网络的接入。

 

osi七层模型

 

如图所示七层结构和他们的作用

OSI欲成为全球计算机都遵循的标准，但在市场化过程中困难重重，OSI模型设计的并不合理，很多功能在多层中重复出现，TCP/IP在全球范围成功运行。OSI最终并没有成为广为使用的标准模型

在七层模型的基础上演化出了TCP/IP四层模型

 

 

 如图所示是七层模型和四层模型的映射关系

其中七层模型中的物理层和数据链路层对应四层模型的网络接口层，网络层对应网络层，传输层对应传输层，应用层，会话层，表示层对应四层模型的应用层，这四层的应用协议分别是HTTP/FTP/等，TCP/UDP,IP/ICMP,以太网协议Ethernet/ARP/RARP。

 

 各个协议在层次结构中呈现中间窄两边大的沙漏形状。

P2P模式：即对等连接模式，只要终端运行P2P程序，就可以相互对等连接，允许1对多连接。

计算机网络的性能指标

计算机网络的速率是Mbps，即mbits/s，假如带宽是100M，即100Mbits/s ，就是100M/8=12.5MB/s

时延：1，发送时延：数据长度/发送速率 其中发送速率受限于网卡。

           2，传播时延：传播距离/传播速率 其中传播速率受限于介质。

           3，排队时延：数据包在网络设备中等待被处理的时间。

           4，处理时延：数据包到达设备或目的机器处理所需要的时间。

四种时延加起来就是总时延。

往返时间RTT：数据报文从端对端通信来回一次所需要的时间。ping命令可以查看RTT。

 

物理层概述

物理层的作用：连接不同的物理设备

                         传输比特流（数字信号或者高低电平）

                         介质包括双绞线，同轴电缆，光纤等。

信道的基本概念：

信道是往一个方向传送信息的媒体

一条通信电路包含一个接收信道和一个发送信道

 

 

 如图所示

分用-复用技术

 

 包含一个分用器和一个复用器，终端分别连接分用器和复用器，通过分用复用器连接发送信道和接受信道。

 

数据链路层概述

数据链路层的三个基本作用

封装成帧 透明传输 差错监测

封装成帧：

帧是数据链路层的基本单位，发送端在网络层的一段数据前后添加特定的标记成帧，接收端根据标记识别出帧。

ip数据报（网络层传出）加入帧首部和帧尾部，三个部分加起来的总长就是帧长。

帧首部和帧尾部是特殊的控制字符，分别称为SOT和EOT。

透明传输：

 “透明”在计算机领域是非常重要的一个术语，“一种实际存在的事物却又看起来不存在一样”，“即是控制字符在帧数据中，但是要当做不存在的去处理”。

在特殊字符前假如转义字符处理。

差错检测：

物理层只负责传输比特流，而数据链路层就要负责差错检测的任务；

差错检测主要分为两种方式：

奇偶校验码：在比特流的尾部添加1位比特位作为检测位，这个检测位是1或者0取决于比特流数据本身相加是奇数还是偶数，如果是奇数，则检测位为1，如果是偶数，则检测位为0。

这种校验方式的缺点也很明显，如果比特流有两位出错，那么检测位就不够准确了。

 

循环冗余校验码CRC

一种根据传输或保存的数据而产生固定位数校验码的方法，检测数据传输或者保存后可能出现的错误，生成的数字计算出来并且附加到数据后面。

选定一个用于校验的多项式G(x)，并在数据尾部添加r个0，将添加r个0后的数据模2除法除以多项式的位串，得到的余数填充在原数据r个0的位置得到可校验的位串。

 

 

 

 

 

 

接收端接收的数据除以G(x)的位串，根据余数判断出错，如果没有错误，余数是0。

CRC的错误检测能力与位串的阶数r有关，数据链路层只进行数据的检测，而不进行纠正，如果数据出错，那么直接做丢弃处理。

 

最大传输单元MTU

数据帧不是无限大的，数据帧长受MTU限制，数据帧过大或者过小都会影响传输。以太网MTU一般为1500字节，

路径MTU由链路中MTU的最小值决定。

 

MAC地址

MAC地址（物理地址、硬件地址），每一个设备都拥有唯一的MAC地址，MAC地址共48位，使用十六进制表示。

以太网协议

以太网(Ethernet)是一种使用广泛的局域网技术，以太网是一种应用于数据链路层的协议，使用以太网可以完成相邻设备的数据帧传输。

 

 以太网协议的构成。

路由器通过MAC地址表寻址到对应的硬件网络接口，当路由器不知道MAC时，广播数据包，等待返回，并将地址记录在MAC地址表中。