计算机网络 01

内容结构：

计算机网络体系结构
1）. 网络基础概念
2）. OSI模型
物理层
1) . 通信基础
2）. 传输介质
3）. 物理层设备

PS ：

这是很久之前写的笔记了（应该是有道课上学的），可能是照着打下来的，但是不甘就放到草稿里，还是发出来吧。。。

计算机网络定义 ：

利用通信设备和线路将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统。

知识点1 计算机网络体系结构

计算机网定义：
广义观点 ： 计算机通信网络，初级阶段。
资源共享观点 ： 目的： 资源共享。
组成： 自治计算机
规则：网络协议
用户透明观点 ： 分布式系统，网络像计算机一样对用户透明。

计算机网络组成

  • 组成部分：
    　　硬件、软件、协议三部分组成
  • 工作方式：
    　　核心部分： 路由器+网络， 边缘： 连通 和 交换
  • 功能组成：
    　　 通信子网： 通信设备+网络协议
    　　资源子网： 实现资源共享的设备、软件和数据

计算网络功能

  • 数据通信： 　基本和重要功能，实现计算机间信息传输
  • 资源共享： 　软件共享、数据共享　和　硬件共享。
  • 分布式处理： 　负载过重时，复杂任务进行分散，提高整个系统的资源利用率。
  • 提高可靠性： 　网络计算机互相称为　替代机。
  • 负载均衡:　 　工作任务均衡分配给网络中多台计算机。

计算机网络分类

  • 按网络的分布范围分类：（比较传统的，经典的 分类） 广域网WAN： 长距离通信，远程网，高速链路，大通信容量。（交换技术） 局域网LAN: 高速链路，小范围，传统广播技术。 城域网MAN： 中等距离。 个人局域网：
    个人工作区域，无线连接电子设备，也称无线个人区域网。

  • 传送技术 广播式网络： 共享公共信道，局域网广播方式。 点对点网络： 一条物理线路 连接 一对计算机，分组存储转发和路由机制是点对点 和 广播式网络的重要区别。　无直接线路相连的计算机需要经过存储转发才能实现。

  • 拓扑分类 　拓扑是网络节点　和　通信线路的几何关系。主要指通信子网。 　星型：　由中央结点集线器　与　各个结点连接组成。
    　 　　　　这种网络各结点必须通过中央结点才能实现通信。结构简单，
    　 　　　　中心结点负担重。 　总线：　一条高速总线连接若干个节点构成网络，结构简单灵活，主干
    　 　　　　总线对网络起决定性作用，总线故障影响整个网络。 　环形：　由各节点首尾相连形成一个闭合环型线路。环型网络中的信息
    　 　　　　 传送是单向的，即沿一个方向从一个节点传到另一个节点。
    　 　　　　 当节点过多时，将影响传输效率。令牌环网络。 　网状：　由于节点之间有多条线路相连，所以网络的可靠性较高。
    　 　　　　由于结构比较复杂，建设成本较高。 　混合网络：　上述４种组合使用。

  • 按交换技术分类： 电路交换网： 源节点和目的节点 专有线路连接，电话交换，分为
    　　　　　　　　建立连接、传输数据、断开连接 三个阶段。 报文交换网络：用户数据增加源地址、目的地址等信息，封装成报文，
    　　　　　　报文长度不确定，存储转发，每个报文可以采用不同路径。 分组交换网络：包交换网络，数据分成固定长度较短的数据段，增加 　　　 　目的地址、源地址等信息，存储转发，包延迟小，容易标准化。

  • 按传输介质划分： 有线： 同轴电缆、双绞线。 无线： 蓝牙，微波，无线电。

RFC阶段： 因特网草案、建议标准rfc文档、草案标准rfc文档、因特网标准rfc文档。
标准化机构：
ISO国际标准化组织： OSI参考模型。
ITU国际电信联盟： 远程通信标准CCITT（原机构前身）。
IEEE国际电子电器工程师协会： IEEE802局域网标准。

计算机网络性能指标

  • 带宽： 通信线路允许通过的 信号频带范围，又叫 频宽。
    　　　表明数据的传输能力，指 单位时间内能够传输的比特数。
    　　　数字信道中带宽用bps（b/s）表示，即每秒最高可以传输的位数。
    　　　模拟设备中带宽用Hz表示，即每秒传送的信号周期数
  • 时延： 数据从网络一段传送到另一端所需的总时间。
    时延 = 处理时延 + 排队时延 + 发送时延 + 传播时延。
    发送时延： 从发送分组的第一个比特起 到 该分组的最后一个比特发送
    　　　　　　完毕的时间。 分组长度 / 通信带宽。
    传播时延： 电磁波在通信中传送所需时间， 比特从链路一端 到 另外
    　　　　　　一端的时间．　信道长度 / 电磁波传播速率。
    处理时延： 数据在交换节点进行存储转发处理准备的时间。
    排队时延: 在输出队列中 排队等待转发 的时间，一般是在路由器中产生。
  • 时延带宽积： 链路的带宽（单位比特每秒）与传播时延的 乘积
    　　　　　　结果为 比特的数据量,
    　　表示在特定时间该网络上的最大数据量----已发送但尚未确认的数据。
  • 往返时延RTT ： （往返的一个时间）
    从发送端发送开始，到发送端接收到来自接收端的确定所需的时间。
    有效数据率 = 数据长度 /（发送时间 + RTT）

做题的步骤：…

  • 总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 握手时延 握手时延： 2RTT = 2 * 100 = 200ms 传播时延： RTT / 2 = 50ms

计算机网络分层结构
把计算机网络的各层及其协议的集合称为 网络的体系结构。
体系结构是抽象的，而实现是具体的。

分层的基本原则是：

  1. 每一层都实现一种相对独立地功能，降低大系统的复杂度。
  2. 各层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
  3. 各层功能的精确定义独立于具体的实现方法，可以采用最合适的技术来实现。
  4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
  5. 整个分层结构应能促进标准化工作。

服务数据单元（SDU）：
为完成用户所要求的功能而应传送的数据。第n层的服务数据单元记为 n-SDU。

协议控制信息（PCI）：
控制协议操作的信息。 第n层的协议控制信息记为 n-PCI。

协议数据单元（PDU）：
对等层次之间传送的数据单位都有一个通俗的名称，如物理层的PDU叫比特，链路层的PDU叫帧，网络层的PDU叫分组，传输层的PDU叫报文。

协议：
协议就是规则的集合，这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及相关的同步问题。
这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。
它是控制两个（或多个）对等实体进行通信的规则的集合，也就是水平的。
网络协议也简称为协议。
协议由语法、语义、同步 三部分组成。

  1. 语法规定了 传输数据的格式。
  2. 语义规定了 所要完成的功能，即需要发出何种控制信息、完成何种动作以及做出何种应答。
  3. 同步规定了 执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序详细说明。

一个完整的协议通常应具有 线路管理（建立、释放连接）、差错控制、数据转换 等功能.

接口：
接口是同一个节点内相邻两层交换信息的连接点，是一个系统内部的规定。
每一层只能为紧邻的层次之间定义接口，不能跨层定义接口。
在典型的接口上，同一节点相邻两层的实体通过服务访问点（SAP：Service Access Point）进行交互。服务是通过服务访问点SAP提供给上层使用的，第n层的SAP就是第n+1层可以访问第n层服务的地方。
每个SAP都有一个能够表示他的地址。
服务访问点SAP是一个抽象的概念，他实际上就是一个逻辑接口，但和通常所说的两个设备之间的硬件接口是很不一样的。

服务：
服务是指下层为紧相邻的上层提供的功能调用，也就是垂直的。
对等实体在协议的控制下，是的本层能为上一层提供服务，但要实现本层协议还需要使用下一层所提供的服务。

上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSI中称为服务原语。OSI将原语分为4类：

  1. 请求（request）：由服务用户 发往 服务提供者，请求完成某项工作。
  2. 指示（indication）：由服务器提供者 发往 服务用户，指示用户做某件事
  3. 响应（response）：由服务用户 发往 服务提供者，作为指示的响应。
  4. 证实（conformation）：由服务提供者 发往 服务用户，作为对请求的证实

计算机网络提供的服务可按以下3种方式分类:

  1. 面向连接服务 与 无连接服务
    在面向连接服务中，通信前双方必须建立连接，分配相应的资源（如缓冲区），以保证通信能正常进行，传输结束后释放连接和所占用的资源。
    因此这种服务可以分为 连接建立、数据传输、连接释放这3个阶段。
    例如TCP就是一种面向连接服务的协议。
  2. 可靠服务 和 不可靠服务
    可靠服务是指 网络具有纠错、检错、应答机制，能保证数据正确、可靠地传送到目的地。
    不可靠服务是指 网络只是尽量正确、可靠地传送，但不能保证数据正确、可靠地传送到目的地，是一种尽力而为的服务。
    对于提供不可靠服务的网络，其网络的正确性、可靠性就要由应用或用户来保障。
    注意：并非在一层内完成的全部功能都称为服务，只有那些能够被高一层实体“看的见”的功能才能称为服务。
  3. 有应答服务 和 无应答服务：
    有应答服务是指 接收方 在 收到数据后 向 发送方 给出相应的应答，该应答由传输系统内部自动实现，而不是由用户实现。
    所发送的应答可以使肯定应答，也可以是否定应答，通常在接受到的数据有错时发送否定应答。
    无应答服务是指 接收方 收到数据后 不自动给出应答。若需应答，由高层实现。例如www服务，客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答。

ISO / OSI 模型
国际标准化组织（ISO）提出的网络体系结构模型,称为 开放系统互联参考模型（OSI / RM），通常简称为 OSI参考模型。 （是模型，没有搞具体的实现）
OSI有7层，自下而上依次是 物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。
低3层统称为 通信子网，它是为了联网而附加上去的通信设备，完成数据的传输功能。
高3层统称为 资源子网，他相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。
运输层承上启下。

物理层：

在OSI参考模型中，物理层（physical layer）是参考模型的最低层，也是OSI模型的第一层。
物理层的主要功能是：利用传输介质为 数据链路层 提供物理连接，实现 比特流 的透明传输。
物理层的作用是 实现相邻计算机节点之间比特流的透明传送，尽可能屏蔽掉具体传输介质和物理设备的差异。使其上面的数据链路层 不必考虑网络的具体传输介质是什么。“透明传送比特流”表示 经实际电路传送后的 比特流 没有发生变化，对传送的比特流来说，这个电路好像是看不见的。

物理层研究内容：

  1. 通信链路 与 通信节点 的连接需要一些电路接口，物理层规定了这些接口的一些参数，
    如机械形状和尺寸、交换电路的数量和排列等。网线接口，就是物理层规定的内容之一。如机械形状和尺寸、交换电路的数量和排列等。网线接口，就是物理层规定的内容之一。
  2. 物理层也规定了 通信链路层 上传输的信号的 意义和电气特征。
    例如物理层规定了信号A代表数字0，那么当节点要传输数字0的时候，就会发出信号A,当节点接收到信号A的时候，就知道自己接收的实际上是数字0。例如物理层规定了信号A代表数字0，那么当节点要传输数字0的时候，就会发出信号A,当节点接收到信号A的时候，就知道自己接收的实际上是数字0。

解释 比特 代表的意思，就不是物理层的任务。传递信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等，并不是在物理层协议之内 而是 在物理层协议的下面。
物理层接口标准有很多，如EIA-232C、EIA / TIA RS-449、CCITT的X.21等

数据链路层

数据链路层（Data Link Layer）是OSI模型的第2层，负责建立和管理节点间的链路。
该层的主要功能是：
通过各种控制协议，将有差错的物理信道 变为 无差错的、能可靠传输 数据帧 的数据链路。
在计算机网络中由于各种干扰的存在，物理链路是不可靠的。
因此，这一层的主要功能是在 物理层 提供的 比特流 的基础上， 通过差错控制、流量控制方法，是有差错的物理线路 变为 无差错的数据链路，即 提供可靠的通过物理介质传输数据的方法。
该层通常又被分为 介质访问控制（MAC）和 逻辑链路控制（LLC）两个子层
MAC子层的主要任务是： 解决共享型网络中多用户对信道竞争的问题，完成网络介质的访问控制。
LLC子层的主要任务是： 建立和维护网络连接，执行差错校验、流量控制、链路控制。

数据链路层的具体工作是： 接收来自物理层的 位流形式（或称为 比特流）的数据，并封装成帧，传送到上一层；同样，也将来自上层的数据帧，拆装为尾流形式的数据 转发 到物理层；并且，还负责处理 接收端 发回的 确认帧 的信息，以便提供可靠的数据传输。
典型的数据链路层协议有： SDLC、HDLC、PPP、STP和帧中继等。

网络层

网络层（Network Layer）是OSI模型的第3层，它是OSI参考模型中最复杂的一层，也是通信子网的最高一层。他在下俩层的基础上向 资源子网 提供服务。
其主要任务是： 通过路由选择算法，为报文或分组通过 通信子网 选择最适当的路径。
该层控制数据链路层 与 传输层 之间的信息转发，建立、维护、终止网络的连接。
具体的说，数据链路层 的数据在这一层 被转换为 数据包，然后通过路径选择、分段组合、顺序、进 / 出路由等控制，将信息从一个网络设备传送到里一个网络设备。

网络层 负责 为分组交换网上的不同主机提供 通信服务。
在发送数据时，网络层把运输层产生的 报文段 或 用户数据报 封装成 分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫做IP数据报，或简称为数据报。
网络层的协议有 ： IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF等。

网络层研究内容：
寻址： 数据链路层中使用的物理地址，（如MAC地址）仅解决网络内部的寻址问题。在不同子网之间通信时，为了识别和找到网络中的设备，每一子网中的设备都会被分配一个唯一的地址。由于各子网使用的物理技术可能不同，因此这个地址应当是逻辑地址。（如IP地址）
交换： 规定不同的信息交换方式。常见的交换技术有: 线路交换技术 和 存储转发技术， 后者又包括 报文交换技术 和 分组交换技术。
路由算法： 当源节点 和 目的节点之间存在多条路径是，本层可以根据 路由选择算法，通过网络为数据分组选择最佳路径，并将信息从最合适的路径 由发送端 传送到 接收端。
连接服务： 与数据链路层流量控制不同的是，前者控制的是 网络相邻节点间的流量，后者控制的是 从源节点 到 目的节点 的流量。其目的在于防止阻塞，并进行差错检测。

OSI下3层的主要任务是 数据通信，上3层的主要任务是 数据处理。
而 传输层（Transport Layer）是OSI模型的第4层。因此传输层是通信子网 和 资源子网 的 接口 和桥梁，起到承上启下的作用。

传输单位是报文段（TCP） 或 用户数据报（UDP），传输层的任务是负责主机中两个进程之间的通信。功能是为 端到端连接 提供 可靠的传输服务；为端到端连接提供 流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。（因为是要提供可靠的传输服务…）
传输层的协议有 ： TCP、UDP。

会话层

会话层（Session Layer）是OSI模型的第5层，是用户应用程序 和 网络之间的接口。
主要任务： 向两个 实体 的表示层提供建立和使用连接的方法。
将不同实体之间的表示层的连接称为会话。因此会话层的任务就是组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。
用户可以按照 半双工、单工、全双工的方式建立会话。当建立会话时，用户必须提供他们想要连接的远程地址。而这些地址与MAC（介质访问控制子层）地址 或 网络层的逻辑地址不同，它们是为用户专门设计的。

会话层的具体功能如下：

  • 会话管理：
    允许用户在两个实体设备之间建立、维持、终止会话，并支持它们之间的数据交换。
  • 会话流量控制：
    提供会话流量控制 和 交叉会话功能
  • 寻址：
    使用远程地址 建立会话连接。
  • 出错控制：
    从逻辑上讲 会话层主要负责数据交换的建立、保持、终止，但实际的工作却是接收来自传输层的数据，并负责纠正错误。

表示层

表示层（Presentation Layer）是OSI模型的第6层， 他对来自应用层的命令 和 数据进行 解释 ，对各种语法赋予相应的含义，并按照一定的格式传送给会话层。
其主要功能是： “处理用户信息的表示问题，如编码、数据格式转换、加密解密”等。
表示层的具体功能如下：

  • 数据格式处理：
    协商和建立数据交换的格式，解决数据格式表示上的差异。
  • 数据的编码：
    处理字符集和数字的转换。在设备之间需要具有在不同字符集或格式之间转换的功能。
  • 压缩和解压缩：
    为了减少数据的传输量，这一层还负责数据的压缩与恢复。
  • 数据的加密和解密：
    可以提高网络的安全性。

应用层

应用层是体系结构中的最高层。 应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是 应用进程间通信和交互的规则。 这里的进程 就是指主机正在运行的程序。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。

应用层为用户提供的服务和协议有：
文件服务、目录服务、文件传输服务（FTP）、远程登录服务（TeInet）、电子邮件服务（E-mail）、打印服务、安全服务、网络服务、数据库服务等。