计算机网络--计算机网络概念

计算机网络--物理层

计算机网络--数据链路层

计算机网络--网络层

计算机网络--传输层

计算机网络--应用层

0.计算机网络简介

0.2 计算机网络的功能简介

数据通信(连通性)
资源共享：

- 软件
- 硬件
- 数据

分布式处理

- 多台计算机各自承担同一份工作任务的不同部分，例如 Hadoop 平台

提高可靠性
负载均衡
…

0.3 计算机网络的组成简介

一、按照组成部分来分

- 硬件 + 软件 + 协议

二、按照工作方式来分

- 边缘部分：用户直接使用

1. 1. 1. C/S 方式
    2. P2P 方式

- 核心部分：为边缘部分服务

三、按照功能组成来分

- 通信子网：用于实现数据通信
- 资源子网：用于实现资源共享/数据处理

0.4 计算机网络的分类

一、按分布范围分类

- 广域网WAN：使用的是交换技术
- 城域网MAN
- 局域网LAN：使用的是广播技术
- 个人区域网PAN

二、按使用者分

- 公用网：使用方例如，中国电信，中国移动提供的网络
- 专用网：使用方例如，国家单位，军队单位使用的网络

三、按交换技术分

- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换

四、按拓扑结果分

- 总线型
- 星型
- 环型
- 网状型 (常用于广域网)

五、按传输技术分

- 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

0.5 脑图总结

1. 速率相关性能指标

1.1 速率

定义：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：b/s Kb/s Mb/s Tb/s

如果用字节表示，则是B/s KB/s MB/s TB/s 1Byte=8Bit

1.2 带宽

在计算机网络中，指的是网络设备所支持的最高速度，单位同速率，是理想条件下最高速率，举例：假设链路带宽是1Mb/s，则表示单位时间内，能向链路中注入传输的最大数据量为1Mb；

通俗的例子比如：母鸡生蛋，假设1Mb/s 表示母鸡每秒能生一个蛋，那么2Mb/s 表示母鸡每秒能生两个蛋！

1.3 吞吐量

吞吐量是指：单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据总量，单位b/s，kb/s，Mb/s 等！

小结

速率就是实际网速，带宽是理论网速，吞吐量 是一个或多个设备的综合速率，比如说 1000M 宽带的路由器连着三部手机，每部手机都是 10Mb/s 看片，那么速率就是 10Mb/s，带宽是宽带的 1000M，路由器吞吐量是 30Mb/s，即三者之和!

2. 时延相关指标

2.1 时延

定义：时延是指，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要的时间。也叫延迟或迟延。单位是秒(s)

时延包括四大类:

名称	描述	计算公式
发送时延	数据从主机到信道上所用的时间	发送的数据长度/发送速率
传播时延	数据在信道上传播所花费的时间	信道长度/电磁波在信道上传播的速率
排队时延	数据在路由器前等待前面数据处理所用的时间	无计算方式
处理时延	数据在路由器中处理需求所用的时间	无计算方式

示例：

1.求发送时延：

假设传输数据为0101010101，则数据长度就是10个比特位，假设信道带宽(发送速率)为10b/s，

那么根据计算公式发送的数据长度/发送速率，得到发送时延为：10/10=1s

注意：使用高速链路(提高网速)，只能减小发送时延，无法减小其他三个时延！

2.2 时延带宽积

****

计算公式：时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

时延带宽积就是用于描述：某段链路上现有多少比特位的数据，即数据容量！

2.3 往返时延RTT

RTT定义：从发送方发送数据开始，到接收方确认收到为止所花费的时间!

RTT包括：传播时延 * 2 + 末端处理时间(有时可能直接忽略)，由公式得出，RTT 不包括传输时延，其只代表在信道上的传播时延！

示例：

2.4 利用率

利用率，顾名思义就是利用的效率！

在计算机网络中，利用率分为两种：

信道利用率
网络利用率

2.4.1 信道利用率

计算公式：信道利用率 = 有数据通过时间 / (有数据通过时间 + 无数据通过时间)

2.4.2 网络利用率

计算公式：网络利用率 = 所有信道利用率加权求平均值

2.4.3 时延和利用率的关系图

利用率越高，延迟越大!

2.5 脑图总结

3. 分层结构

3.1 为什么要分层，分层要做什么

以发送文件为例，发送前要完成以下5个工作：

（1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。

（2）要告诉网络如何识别目的主机。

（3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。

（4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。

（5）确保差错和意外可以解决。

3.2 正式认识分层结构

分层的基本原则

各层之间项目独立，每层只实现一种相对独立的功能；
每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少；
结构上下可分割开，每层都采用最合适的技术来实现；
保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务；
整个分层结构应该能促进标准化工作；

3.3 概念总结

网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构；
计算机网络体系结构简称：网络体系结构是分层结构；
每层遵循某个(或某些)网络协议以完成本层功能；
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；
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！
仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体体现细节对上一层完全屏蔽！
体系结构是抽象的，而现实是指能运行的一些软件和硬件！

脑图总结

4. 计算机网络分层结构参考模型

计算机网络分层结构分为两种：

7层 OSI 参考模型（法定标准）
4层 TCP/IP 参考模型（事实标准）

4.1 OSI 参考模型

网络层及以上，每一层都要对上一层发送的数据进行处理（加个头部）

数据链路层不仅需要加头部，还需要加尾部

物理层什么都不加，只管发送数据（比特流）

OSI 参考模型自下而上分为7层

名称	英文	作用
应用层	Application Layer	直接为用户的应用进程（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务。如HTTP、SMTP、FTP、DNS 等
表示层	Presentation Layer	把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式，即让两个系统可以交换信息
会话层	Session Layer	负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接
传输层	Transport Layer	负责端到端通讯，可靠传输，不可靠传输，流量控制，复用分用
网络层	Network Layer	负责选择路由最佳路径，规划 IP 地址( ipv4 和 ipv6 变化只会影响网络层)，拥塞控制
数据链路层	Data Link Layer	帧的开始和结束，还有透明传输，差错校验(纠错由传输层解决)
物理层	Physical Layer	定义网络设备接口标准，电气标准(电压)，如何在物理链路上传输的更快

4.1.1 应用层

简介：直接为用户的应用进程（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务。如HTTP、SMTP、FTP、DNS 等；

4.1.2 表示层

简介：把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式，即让两个系统可以交换信息；

4.1.3 会话层

简介：负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接；

4.1.4 传输层

简介：负责端到端通讯，可靠传输，不可靠传输，流量控制，复用分用；

功能介绍

功能1：可靠传输、不可靠传输

- 可靠传输：例如，传输一个大文件或者重要文件，需要发送方和接收方先通过确认机制，确认连接后，再将该文件切分层多个报文段或者用户数据报，然后逐个传输(顺序传输)，当接收方成功接收到一个报文段后，发送方再发送下一个报文段，如果某个报文段发送/接收失败，则发送方重新发送！直到切分的所有报文段都被接收方接收成功！
- 不可靠传输：例如：发送简单文件或消息时，就直接把数据报发送给接收方即可，不用确认机制确认连接等流程！

功能2：差错控制，例如，当在传输文件或数据时，某些报文段丢失，或传输失序(顺序错误)，这时候就需要差错控制，矫正错误！
功能3：流量控制，例如，当大量数据发送给接收方，而接收方接收数据的速率跟不上时，这时候需要数据发送方控制数据发送的量(例如减缓数据发送速率)，这就叫流量控制！
功能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；

4.1.5 网络层

简介：负责选择路由最佳路径，规划 IP 地址( ipv4 和 ipv6 变化只会影响网络层)，拥塞控制；

功能介绍

功能1：路由选择(选择最佳路径)
功能2：流量控制，即对发送端发送数量(发送速率)的控制，如果接收端因为数据量大，接收不过来时，就会对发送端进行流量控制！
功能3：差错控制，通信两节点之间约定一些规则(比如，奇偶校验码)，如果校验后，分组不满足约定的规则，则对其进行整改或者丢弃该分组(整改失败就丢弃)！
功能4：拥塞控制，其区别于流量控制(发送端)，拥塞控制是在全局上进行数据发送的控制，例如：所有结点都来不及接收分组，而要丢掉大量分组的话，网络就处于拥塞状态，因此需要采取一定措施缓解这种拥塞！