1.1 计算机网络 计算机网络向用户提供的两个最重要的功能: 连通性 共享 1.2 因特网概述 因特网发展的三个阶段: 第一阶段:从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议。 第二阶段:建成三级结构的因特网:主干网、地区网和校园网(或企业网)。 第三阶段:形成多层次的ISP(Internet Service Provider 因特网服务提供者)结构的因特网 Internet 和 Internet 的区别: internet:通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。 Internet:专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则,且其前身是美国的 ARPANET。 1.3 互联网的组成 P8 边缘部分:有所有连接在因特网上的主机组成。这部分由用户直接使用,用来进行通信和资源共享。 核心部分 : 由大量的网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。 处于边缘部分的用户通信方式 P9-P10 客户服务器方式(C/S方式):即Client/Server方式。(客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方)
对等方式(P2P方式):即Peer-to-Peer方式。(对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器)
核心部分的交换技术 P11-15 电路交换 的三个阶段:建立连接——通话——释放连接 在通话时,两用户之间占用端到端的资源,而由于绝大部分时间线路都是空闲的,所以线路的传输速率往往很低。 分组交换 的组成:报文、首部、分组。采用存储转发技术,即收到分组——存储分组——查询路由(路由选择协议)——转发分组。优点:高效、灵活、迅速、可靠。缺点:时延、开销。关键构件:路由器。 报文交换 整个报文传送到相邻结点,全部存储下来之后查询转发表,转发到下一个结点。
1.4 计算机网络的类别 P17 分类 按通信距离分:广域网、局域网、城域网
按信息交换方式分:电路交换网、分组交换网、总和交换网
按网络拓扑结构分:星型网、树型网、环型网、总线网
按通信介质分:双绞线网、同轴电缆网、光纤网、卫星网
按传输带宽分:基带网、宽带网
按使用范围分:公用网、专用网
按速率分:高速网、中速网、低速网
按通信传播方式分:广播式、点到点式
性能指标(P18):速率、带宽、时延 速率:指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率。b/s(bps) 如100M以太网,实际是指100Mb/s。往往是指额定速率或标称速率。
带宽:数字信道所能传送的最高速率。b/s(bps)
吞吐量:单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的实际数据量。其绝对上限值等于带宽。
时延:数据(一个报文或分组、甚至比特)从网络(或链路)的一段传送到另一端的时间,也称延迟。 ① 发送时延:主机或路由器发送数据帧所需的时间,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。也成传输时延。 发送时延 = 数据帧长度(b) / 信道带宽(b/s) ② 传播时延:电磁波在信道中传输一定距离所需划分的时间。 传播时间 = 信道长度(m) / 传输速率(m/s) ③ 处理时延:主机或路由器处理收到的分组所花费的时间。 ④ 排队时延:分组在输入队列中等待处理的时间加上其在输出队列中等待转发的时间。 综上:总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延。 注:对于高速网络链路,提高的是发送速率而不是传播速率。
时延带宽积:传播时延 * 带宽。表示链路的容量。
往返时间RTT:从发送方发送数据开始,到发送发收到接收方的确认为止,所花费的时间。
利用率:某信道有百分之几是被利用的(有数据通过)。而信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。 当前时延=空闲时时延/(1-利用率)
1.5 计算机网络的体系结构 P25 网络协议:简称协议,是为了进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。 网络协议的三要素 语法:数据与控制信息的结构或格式 语义:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应 同步:事件实现顺序的详细说明 体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合 五层协议的体系结构 物理层:物理层的任务就是透明地传送比特流。(注意:传递信息的物理媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆等,是在物理层的下面,当做第0 层。)物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。 数据链路层:将网络层交下来的IP数据报组装成帧,在两个相邻结点间的链路上”透明“的传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。在收到数据时,控制信息使收到端直到哪个帧从哪个比特开始和结束。 网络层:选择合适的路由,使发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站,并交付给目的站的运输层。网络层将运输层产生的报文或用户数据报封装成分组(IP数据报)或包进行传送。 运输层:向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端对端服务,使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。(TCP、UDP) 应用层:直接为用户的应用进程提供服务(HTTP、FTP等) OSI体系结构:物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层 TCP/IP体系结构:网络接口层、网际层IP、运输层、应用层
物理层 2.1 物理层下的传输媒体
导向传输媒体 1.1. 双绞线 双绞线已成为局域网中的主流传输媒体 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 1.2. 同轴电缆
细缆(适合短距离,安装容易,造价低) 粗缆(适合较大局域网,布线距离长,可靠性好) 1.3. 光纤 光纤有很好的抗电磁干扰特性和很宽的频带,主要用在环形网中
多模光纤(用发光二极管,便宜,定向性较差) 单模光纤(注入激光二极管,定向性好) 非导向传输媒体 微波、红外线、激光、卫星通信 2.2 关于信道的几个基本概念 通信方式 单向通信(单工) 双向交替通信(半双工) 双向同时通信(全双工) 基带信号:来自信源的信号。 带通信号:经过载波条之后的信号。基本带通调制方法:调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM) 2.3 信道复用技术 这部分掌握码分复用计算即可
频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing):所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源。 时分复用TDM(Time Division Multiplexing)则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。 统计时分复用 STDM(Statistic TDM)是改进的时分复用,明显地提高信道的利用率。 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing):光的频分复用 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)常用的名词是码分多址 CDMA:有很强的抗干扰能力。 码分多址的计算靠一个例题就基本会了:
数据链路层 数据链路层使用的信道主要有以下两种类型:
点对点信道 广播信道 3.1 使用点对点信道的数据链路层 链路 :从一个结点到相邻结点的一段物理线路
数据链路 :把实现这些协议的硬件和软件加载链路上 现在最常用的方法是使用适配器(即网卡)来实现这些协议的硬件和软件。一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。
三个基本问题:
封装成帧 就是在一段数据的前后分别添加首部(帧开始符SOH 01)和尾部(帧结束符EOT 04),然后就构成了一个帧。(数据部分<=长度限制MTU)首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。 帧定界是分组交换的必然要求 透明传输 为了达到透明传输(即传输的数据部分不会因为包含SOH和EOT而出错),在数据中出现控制字符“SOH”或“EOT”的前面插入一个转义字符“ESC”(十六进制1B) 透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆 差错检测 现实通信链路中比特在传输中会产生差错,传输错误的比特占比称为误码率BER,为了保证可靠性,通常通过循环冗余检验CRC来做差错检测。 差错检测防止无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源