网络体系结构

计算机网路概述

概念：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。

数据通信：两台计算机之前互发文件

资源共享：同一计算机网络上使用网络中某台计算机的资源(比如打印机)

分布式处理：多台计算机各自承担同一工作任务的不同部分

计算机网络发展

第一阶段

分散指挥系统->ARPAnet(阿帕网)->不同网路互联->internet互联网->tcp/ip协议->Internet因特网

注意大小写不同

网络把许多计算机连接在一起，而互联网则把许多网络连接在一起，因特网是世界上最大的互联网

第二阶段

三级结构：

第三阶段

多层次ISP结构

ISP：因特网服务提供者(因特尔服务提供商)

计算机网络的组成

组成部分：硬件，软件，协议（一系列规则和约定的集合）
工作方式：
1. 边缘部分：服务器，计算机，网络摄像头，端系统（进程之间的通信，通信方式有c/s方式(client/server，请求越多响应越慢)和P2P通信(peer-to-peer对等连接，每一个设备既是服务器也是客户端，主机越多下载越快)）
2. 核心部分：路由器和交换机
功能组成
1. 通信子网——实现数据通信
2. 资源子网——实现资源共享/数据处理

计算机网络的分类

按范围：广域网WAN，城域网MAN，局域网LAN，个人局域网PAN
按使用者划分：公用网（电信网，移动网），专用网（军事和公司）
按交换技术：电路交换，报文交换，分组交换
传输技术：广播式传输（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）

标准化工作

标准的分类

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

性能指标

速率

速率即数据率或称数据传输率或比特率

链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：b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s

存储容量：1Byte(字节) = 8bit(比特)注意大小写

$1KB = 2^{10}B=1024B=1024\times8b$

速率单位换算是 $10^3$ ，存储容量单位换算是 $2^{10}$

带宽

表示网络的通信线路传输数据的能力，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，单位时间是"比特每秒"，b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s

网络设备所支持的最高速度，在发送端能发送的最大速率，不是在链路上的传输速率

吞吐量

表示在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

吞吐量受到网路的带宽或网络的额定速率的限制

时延

指数据从网络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s

时延包括：发送时延(传输时延= $\frac {数据长度}{信道带宽}$ )，传播时延（取决于电磁波的传播速度和链路长度 $\frac {信道长度}{电磁波在信道上的传播速率}$ ），排队时延(等待输出/输入链路可用)，处理时延(检错找出口)

时延带宽积

$时延带宽积=传播时延\times带宽$ 单位是 $bit$

链路中的数据容量，某段链路现在有多少比特

往返时延RTT

从发送放发送数据开始，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)，总共历经的时延

RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多

$RTT\begin{cases} 往返传播时延=传播时延*2\\ 末端处理时间 \end{cases}$

利用率

$利用率\begin{cases} 通道利用率=\frac{有数据通过的时间}{(有+无)数据通过的时间}\\网络利用率(通道利用率加权平均) \end{cases}$

分层结构

实体：第n层中的活动元素称为n层实体，统一层的实体称为对等实体

协议：规则与约定，对等实体之间才有协议（水平）

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（任意两层之间的关节）

服务：每两个层之前所提供的东西，上层使用下层服务(单向，垂直)

分层基本原则

各层之间相互独立，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
结构上可以分割开，每层都使用最适合的技术来实现
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

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协议数据单位：对等层次之间传送的数据单位

OSI参考模型

7	应用层	用
6	表示层	试
5	会话层	惠
4	传输层	淑
3	网络层	网
2	数据链路层	联
1	物理层	物

前四层端到端，后三层点到点

数据链路层之前都是只加头部，数据链路层除了加头部还加了一个尾部，物理层是将上面的层包装好的数据翻译成01的比特流

应用层：用户与网络的基面：所有能和用户交互产生网络流量的程序

1. 对应协议：文件传输(FTP)，电子邮件(SMTP)，万维网(HTTP)，…
表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语义和语法）
1. 功能1：数据格式变换
2. 功能2：数据加密与解密
3. 功能3：数据压缩和恢复
会话层：向表示层的实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也是建立同步(SYN)
1. 功能1:建立，管理，终止会话
2. 功能2:使用校验点可以使会话在通信失效时从检验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步(适用传输大文件)
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
1. 功能1：可靠传输，不可靠传输
2. 功能2：差错控制
3. 功能3：流量控制
4. 功能4：复用分用
5. 协议：TCP、UDP
网络层：主要任务是把分组从源头端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输的单位是数据报。
1. 功能1：路由选择（最佳路径）
2. 功能2：流量控制
3. 功能3：差错控制
4. 功能4：拥塞控制
5. 协议：IP,IPX,ICMP,IGMP,ARP,RARP,OSPF
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/链路层的传输单位就是帧
1. 功能1：成帧（定义帧的开始和结束）
2. 功能2：差错控制（帧错+位错）
3. 功能3：流量控制
4. 功能4：访问（接入）控制（控制对信道的访问）
5. 协议：SDLC,HDLC,PPP,STP
物理层：在物理媒体上实现比特流的透明传输，单位而是比特

透明传输：不管传输的数据是什么，都应当能在链路上传播
1. 功能1：定义接口特性
2. 功能2：定义传输模式(单工，半双工，双工)
3. 功能3：定义传输速率
4. 功能4：比特同步
5. 功能5：比特编码
6. 协议：RJ45,802.3