计算机网络——概论

无风yu
193 阅读8分钟

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。

计算机网络是互连的、自治的计算机集合。

互连：通过通信链路互联互通 自治：无主从关系

功能：

  1. 数据通信

  2. 资源共享

  3. 分布式处理

    1. 提高可靠性
    2. 负载均衡

组成：

  1. 组成部分：硬件、软件、协议

  2. 工作方式：

    1. 边缘部分 用户直接使用（C/S方式、P2P方式）

      网络边缘edge：主机host（客户端client & 服务器sever），需要借助网络通讯的设备。如局域网。

    2. 核心部分 为边缘部分服务

      网络核心core：本身没有数据产生，用于传输数据。如广域网。

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  3. 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

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分类：

  1. 分布范围：广域（交换技术）、城域、局域（广播技术）、个人区域网

  2. 使用者：公用网、专用网

  3. 交换技术：电路交换、报文交换、分组交换

    💡

    电路交换circuit：先预留传输路径，再进行传输；需要端到端（end-end）资源预留；不能随时增加用户；

    FDM：频分复用

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    TDM：时分复用

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    分组交换：

    • 分组交换允许更多用户使用，适合大量用户同时使用的情形；
    • 分组交换在过度拥塞时可能导致数据包延迟和丢失；
    💡 电路交换与分组交换：

    电路交换需要预留充足的带宽，交换机没有存储功能；

    分组交换只需预留合适的带宽，路由器可以进行存储（但会导致延迟）；

    我们主要讨论分组交换；

  4. 拓扑结构：总线型、星型、环型、网状型

    拓扑：信道（信号通道）的分布方式；

  5. 传输技术：

    1. 广播式网络 共享公共通信信道
    2. 点对点网络 使用分组存储转发和路由选择机制

性能：

延迟、数据丢失、吞吐量 一般只在【分组交换】中讨论

  1. 速率：即数据率或称数据传输率或比特率。

    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。

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    💡 速率与容量的单位换算与大小写形式不同；

    速率一般按bit计，用小b，前面的k、M、G、T单纯表示以1000为单位的倍数；

    容量一般按Byte计，用大B，前面的K、M、G、T表示以1024位单位的倍数；

  2. 带宽：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”。单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。【BPS，每秒传输位数（bit）】

  3. 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。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

    💡 带宽相当于物理上限；吞吐量相当于实际值，且取决于最低速率的链路；

  4. 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。单位是s。

    四个分组延迟来源：

    • 处理延时 nodal processing（头部解析）
    • 排队延时 queueing（网络拥塞程度 network congestion）
    • 传输延时 transmission（完成分组的传输时间，bps）
    • 传播延时 propagation（传播时间，m/s）

  5. 往返时延RTT：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。一般等于传播时延*2.

  6. 利用率：

    1. 信道利用率：有数据通过时间/总时间
    2. 网络利用率：信道利用率加权平均值

发送文件前要完成的工作:

(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。

OSI参考模型：

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💡 PDU：协议数据单元

TCP/IP参考模型：

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⭐五层参考模型：

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应用层：进程间通信；

传输层：将应用层信息投递到目的主机相应的应用程序；

网络层：主机间通信，指挥分组通过合适的路由器；

数据链路层：通过链路传输分组；

物理层：携带一个帧中单独的比特穿过链路；

PDU协议数据单元：数据在各层的形式；

信息（Information，应用层） 数据流（Data stream，上三层） 数据段（Segment，传输层） 分组（Packet，网络层） 帧（Frame，数据链路层） 比特流（Bits，物理层）

层数据形式地址形式
应用层消息名字（URL）
传输层段/用户数据报端口号
网络层数据包逻辑地址
数据链路层帧MAC地址
物理层比特-

封装与解封装：

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  • 封装/打包：将信息打包，从最高层——应用层开始逐渐下行到最底层——物理层；（由上而下）
  • 在每一层上，数据都被加上头部信息，用于传递信息；

接收方：

  • 解封装/解包：将收到的比特流解包从最低层——物理层开始逐渐上行到最高层——应用层提取出信息；（由下而上）
  • 在每层去掉头部信息，最终还原出应用层输出的信息；

虚拟通信/对等通信：

只看发方和收方的对应层，发现收发双方的对应层之间（即对等实体之间）有一根直接的通道（虚通道），沿着这根通道，PDU从发方到达收方；

服务、协议和接口之间的关系：

  • 参考模型上的每一层都为它的上层提供【服务】，以【接口】的形式供上层调用，【协议】作用于对应层之间；
  • 层与层之间有【接口】，用于【服务】的调用；

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💡

应用层、传输层、网络层——端到端（end to end）

数据链路层、物理层——点到点（hop to hop）

多路复用与多路分解：

对于协议的封装/解封装；

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Internet与www的关系：

www是建立在Internet基础上的应用型信息网络；

💡 交换机和路由器的区别？

交换机（Switch）和路由器（Router）是计算机网络中两种常见的网络设备，它们在网络中扮演不同的角色和功能。下面是它们之间的主要区别：

  1. 功能：交换机主要用于在局域网（LAN）内部转发数据帧，将数据从一个端口转发到另一个端口，以实现内部网络设备之间的直接通信。路由器主要用于在广域网（WAN）或不同的子网之间转发数据包，它能够通过不同的网络路径找到目标地址，并将数据包传递到正确的目标设备。
  2. 工作层次：交换机工作在数据链路层（第二层）和物理层（第一层），根据MAC地址转发数据。路由器工作在网络层（第三层），使用IP地址进行路由和转发数据。
  3. 转发决策：交换机基于MAC地址表进行转发决策，它在内部维护一个MAC地址表，学习到哪个MAC地址位于哪个端口，并根据目标MAC地址将数据转发到相应的端口。路由器基于路由表进行转发决策，它通过学习和更新路由表，确定最佳的路径来转发数据。
  4. 范围：交换机通常用于构建局域网（LAN），连接内部设备。路由器通常用于连接不同的网络，例如连接多个局域网，或连接局域网与互联网。
  5. 网络地址转换（NAT）：路由器通常支持网络地址转换（Network Address Translation，NAT）功能，它可以将内部网络的私有IP地址转换为公共IP地址，以便与外部网络通信。交换机一般不具备NAT功能。

总之，交换机主要用于局域网内部设备之间的数据转发，而路由器主要用于在广域网或不同子网之间进行数据包的路由和转发。它们在网络设计和部署中扮演不同的角色，相互配合使用可以实现一个高效、可靠的网络架构。

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