0x1 计算机网络体系结构

导图

计算机网络概述

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和信息传递的系统。

  • 计算机网络是互联的、自治的计算机集合。
  • 互联——通过通信链路互联互通。
  • 自治——无主从关系。

功能

  1. 数据通信：两台计算机之间可以互相发送邮件。

  2. 资源共享：同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可共享硬件、软件、数据。

  3. 分布式处理：多台计算机各自承担同一工作的不同部分。

  4. 可靠性：替代机。

  5. 负载均衡：各计算机更亲密。

组成

  1. 按组成部分划分：

    • 硬件、软件、协议（一系列规则和约定集合）。

  2. 按工作方式划分：

    • 边缘部分：用户直接使用 C/S方式（Client/Sever）、P2P方式（Peer to Peer）。
    • 核心部分：为边缘部分服务。

  1. 按功能组成划分：

    • 通信子网：实现数据传输，设备为网络连接设备。

    • 资源子网：实现资源共享/数据处理，设备为主机、终端。

分类

  • 按向用户提供的服务分类：广播电视网（有线电视网）、电信网（电话网）、互联网（计算机网络）。
  • 三网融合，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。这三种网络向用户提供的服务不同。利用计算机网络，不仅能够传送数据，还能够向用户提供打电话、观看视频节目的服务，而电信网络和有线电视网络也都能够连接到计算机网络上。
  • 电路交换类似于打电话，会独占资源。
  • 报文交换和分组交换使用存储转发机制，不会独占资源。

小结

标准化工作及相关组织

标准分类

  • 法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准 OSI。
  • 事实标准：某些公司在竞争中占据主流，时间长了，这些产品的协议和技术就成了标准 TCP/IP。

RFC成为因特网标准的四个阶段

标准化工作相关组织

性能指标

速率

速率/数据率或称数据传输率/比特率（比特：1/0位）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。单位是b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s。

带宽

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中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。网络设备所支持的最高速度，单位是b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s。

吞吐量

吞吐量表示单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量，单位b/s、kb/s、Mb/s等。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

时延

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（传输时延）指从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间。

高速链路指信道带宽或发送速率提高了，而不是电磁波的传播速率。

时延带宽积

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

往返时延RTT

往返时延RTT指从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（接收方收到数据后立即发送确认）总共经历的时延。

利用率

体系结构&参考模型

分层结构

  1. ISO/OSI参考模型
  2. TCP/IP参考模型
  3. 5层参考模型

基本概念

  • 实体：第n层中的活动元素称作n层实体，同一层的实体叫做对等实体。

  • 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。

  • 水平协议包括3个要素：

    1. 语法：规定传输数据的格式。
    2. 语义：规定所要完成的功能。
    3. 同步：规定各种操作的顺序。

  • 接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口。

  • 服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】

小结

  1. 计算机网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
  2. 计算机网络体系结构简称网络体系结构是分层结构。
  3. 每层遵循某些网络协议以完成本层功能。
  4. 计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
  5. 第n层在向第n+1层提供服务时，此服务不仅包含第n层本身的功能，还包含由下层服务提供的功能。
  6. 仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
  7. 体系结构是抽象的，而实现是指能运行的一些软件和硬件。

OSI/ISO参考模型

OSI （Open System Interconnection 开放系统互联）、ISO（国际标准化组织）

应用层

所有能和用户交互产生网络流量的程序。
典型应用层服务：文件传输（FTP）、电子邮件（STMP）、万维网（HTTP）。

表示层

用于处理两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）。主要功能：

  1. 数据格式变换。
  2. 数据加密解密。
  3. 数据压缩恢复。

主要协议：JPEG、ASCII。

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）。主要功能：

  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。

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。主要功能：

  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中相应的进程。

主要协议：TCP、UDP。

网络层

主要任务是把分组从源端传输到目的端，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。主要功能：

  1. 路由选择：最佳路径。
  2. 流量控制：控制发送方的速度。
  3. 差错控制
  4. 拥塞控制：若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，而丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采用一定的措施，缓解这种拥塞。

主要协议：IP、IPX、IGMP、ARP、PARP。

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。数据链路层的传输单位是帧。主要功能：

  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。

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：指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。主要功能：

  1. 定义接口特性
  2. 定义传输模式：单工（广播）、半双工（对讲机）、全双工（打电话）
  3. 定义传输速率
  4. 比特同步
  5. 比特编码：差分曼彻斯特编码。

主要协议：Rj45、802.3。

小结

层次 功能 单位 协议
应用层 提供人机交互的接口，通过应用程序为用户提供服务。 DNS、FTP、HTTP、STMP
表示层 解决数据的编码、压缩与解压缩、加密与解密 ASCII、JPEG
会话层 会话的建立、维护、终止。起到会话隔离的作用。 ADSP、ASP
传输层 实现可靠透明的端到端通信，实现流量控制和差错控制。 报文/段 TCP、UDP
网络层 利用IP寻址，并进行路由路径的选择。 分组/包 IP、IPX、ARP、PARP、IGMP
数据链路层 完成帧的封装、负责帧在计算机之间的点对点无差错传递。 帧 PPP、HDLC
物理层 通过物理传输介质将数据以比特流的形式传输。 比特流 Rj45、802.3
工作层次 连接设备 特点
传输层及以上 网关 ---
网络层 路由器、三层交换机 IP寻址、选择路由路径，主要用于连接局域网和广域网。
数据链路层 网桥、二层交换机、网卡 MAC地址学习和维护（一次广播、多次单播），主要用于连接局域网。
物理层 中继器、集线器 信号整型放大，扩大连接距离。

TCP/IP模型

相同点

  1. 都分层。
  2. 基于独立的协议栈的概念。
  3. 都可以实现异构网络互联。

不同点

  1. OSI定义三点：协议、服务、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. 面向连接和面向无连接
  • 面向连接：第一阶段是建立连接，在此阶段，发出一个建立连接的请求。第二阶段在连接成功建立之后，才能开始传输数据。接着当数据传输完毕，必须释放连接。
  • 面向无连接：直接进行数据传输。
名称 OSI/ISO TCP/IP
网络层 面向连接+无连接 无连接
传输层 面向连接 面向连接+无连接

5层参考模型

posted @ 2021-06-20 22:03  Treasure_lee  阅读(323)  评论(0)  编辑  收藏  举报