计算机网络1：计算机网络体系结构

1.1 计网概述

计网的概念

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

——互连、自治的计算机集合

计网的功能

数据通信、资源共享（硬件、软件、数据）、分布式处理（提高可靠性、负载均衡）

计网的发展

第一阶段：APRAnet —>internet—>Internet

美国国防部高级研究计划局设计一个分散的指挥系统（无线分组交换网&卫星通信网）

第二阶段：三级结构

国家科学基金网 NSFNET

主干网-地区网-校园网

第三阶段：多层次ISP结构

由于节点激增，美国将网络掌控权分配给了因特网服务提供者/服务提供商（ISP），由他们向广大用户提供互联网接入、信息、增值业务

主干ISP、地区ISP、本地ISP

1.2 计算机网络的组成与分类

组成

组成部分：

• 硬件、软件、协议

工作方式：

• 边缘部分（端系统间的通信，用户直接使用）
  • C/S方式（Client/Server）
  • P2P方式（peer-to-peer）：每个端系统既可以是客户，也可以是服务器
• 核心部分（为边缘部分服务）

功能组成：

• 通信子网（实现数据通信，各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成）
  • 网络层、数据链路层、物理层
• 资源子网（实现资源共享/数据处理的设备和软件的集合）
  • 应用层、表示层、会话层

分类

按分布范围： 广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人区域网PAN

（广域网和局域网的区分不能只看分布范围，要看使用的技术：广域网-交换技术、局域网-广播技术）

按使用者： 公用网、专用网

按交换技术： 电路交换、报文交换、分组交换

（报文、分组都是存储转发的方式）

按拓扑结构分： 总线型、星型、环型、网状型…

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）

1.3 标准化工作及相关组织

标准化工作

法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准

事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，其协议和技术成为了标准

RFC（Request For Comments）——因特网标准的形式≠因特网正式标准

RFC->因特网正式标准的四个阶段：因特网草案、建议标准、草案标准（2011年后已取消）、因特网标准

标准化工作相关组织

• 国际标准化组织 ISO
• 国际电信联盟 ITU
• 电气和电子工程师协会 IEEE（5G）
• Internet工程任务组 IETF

1.4 性能指标

性能指标	定义	单位
速率（比特率）	连接在计网上的主机在数字信道上传送数据位数的速率	b/s
带宽	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”（网络设备所支持的最高速度）	b/s
吞吐量	单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量	b/s
时延	数据从网络的一端传送到另一端所需的时间（发送/传输时延、传播时延、排队时延、处理时延）	s
时延带宽积	传播时延 x 带宽	bit
往返时间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。RTT越大，在收到确认之前可以发送的数据越多	s
利用率	信道利用率（有数据通过时间/总时间） & 网络利用率（信道利用率加权平均值）

<注> 单位换算

千k、兆M、吉G、太T；换算时：速率 10³，存储容量2¹⁰

【速率 & 带宽 & 吞吐量】

【时延】

利用率越高，时延越大（网络拥塞）

1.5 分层结构

计网体系结构是计网的各层及其协议的集合

计网分层结构：

• 7层 OSI参考模型——法定模型
• 4层 TCP/IP参考模型——事实模型

分层基本原则

• 每层之间相互独立
• 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
• 促进标准化工作

分层相关概念

1.6 OSI参考模型

• 为了解决计算机网络复杂的大问题——>分层结构（按功能）
• 为了支持异构网络系统的互联互通——>国际标准化组织（ISO）于1984年提出开放系统（OSI）互连参考模型

上四层端到端，下三层点到点

层次	概念	主要功能	典型服务（协议）
应用层	所有能和用户交互产生网络流量的程序		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（语法和语义）	① 数据格式交换 ② 数据加密解密 ③ 数据压缩和恢复	JPEG、ASCII
会话层	向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据，也是建立同步（SYN）	① 建立、管理、终止会话 ② 从校验点/同步点继续恢复通信	ADSP、ASP
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 可靠/不可靠传输 ② 差错控制 ③ 流量控制 ④ 复用分用	TCP、UDP
网络层	把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。传输单位是数据报	① 路由选择 ② 流量控制 ③ 差错控制 ④ 拥塞控制	IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
数据链路层	把网络层传下来的数据报组装成帧	① 成帧（定义帧的开始和结束） ② 差错控制（帧错+位错）③ 流量控制 ④ 访问（接入）控制	SDLC、HDLC、PPP、STP
物理层	在物理媒体上实现比特流的透明传输（即不管是什么样的比特组合）	① 定义接口特性 ② 定义传输模式（单工、半双工、双工）③ 定义传输速率 ④ 比特同步 ⑤ 比特编码	Rj45、802.3

1.7 TCP/IP参考模型

OSI参考模型 VS. TCP/IP参考模型

相同点

• 都分层
• 基于独立的协议栈的概念
• 可以实现异构网络互联

不同点

• OSI定义三点：服务、协议、接口
• OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向特定协议
• TCP/IP设计之初就考虑到异构网互联问题，将IP作为重要层次

	OSI参考模型	TCP/IP参考模型
网络层	无连接+面向连接	无连接
传输层	面向连接	无连接+面向连接

1.8 5层参考模型

标签：OSI,计网,计算机,IP,计算机网络,网络体系结构,时延,因特网,参考模型
来源： https://blog.csdn.net/weixin_45141023/article/details/117804153