計算機網絡原理（一）：計算機網絡概述
計算機網絡概述
計算機網絡基本概念
計算機網絡
計算機網絡是互連的、自治的計算機集合。
協議
計算機網絡中的實體在進行數據交換的過程中必須遵循的規定或約定，稱為網絡協議。
協議的三個要素：
- 語法（定義實體間交換信息的格式和結構，或者定義實體（比如硬件設備）之間傳輸信號的電平等。
- 語義（實體間交換的控制信息等）
- 時序（也稱同步，定義實體之間交換信息的順序以及如何匹配和適應彼此的速度）
計算機網絡的功能
- 硬件功能共享
- 軟件功能共享
- 信息資源共享
計算機網絡的分類
- 按照覆蓋範圍
個域網、局域網、城域網、廣域網 - 按拓撲機構分
星形拓撲結構、總線型拓撲結構、環形拓撲結構、網狀拓撲結構、樹形、混合型 - 按交換方式分
電報網絡交換、報文交換、分組交換 - 按網絡用戶屬性分
公用網、私有網
計算機網絡結構
網絡邊緣
各終端
接入網絡
終端設備和網絡核心（網絡服務提供商）的連接部分。
分為：
- 電話撥號接入
- 非對稱數字用戶線路ADSL
- 混合光纖同軸電纜HFC接入網絡
- 局域網
- 移動接入網絡
網絡核心
由通信鏈路互連的分組交換設備構成的網絡，作用是實現網絡邊緣中主機之間的數據中繼和轉發。
數據交換技術
數據交換的概念
通信終端之間通過交換設備進行數據的中繼和轉發進行數據通信。
1. 電路交換
建立電路-->傳輸數據-->拆除電路
2. 報文交換
通過交換節點將整條報文進行中繼轉發。
3. 分組交換
目前廣泛采用的互聯網通信技術。
將報文分割成數據塊，每個數據庫附上一定的控制信息構成數據分組。每個分組獨立傳輸到目的地，到達後重新組裝，還原成報文。
優點
- 交換設備存儲容量要求低
- 交換速度快
- 可靠傳輸率高
- 更加公平
分組長度的確定
略
計算機網絡性能
1. 速率與帶寬
基本單位bit/s
2. 時延（延遲）
- 節點處理時延（傳進節點時處理過程）
- 排隊時延
- 傳輸時延（傳出節點過程）
- 傳播時延
3. 時延帶寬積
物理鏈路的傳播時延和鏈路帶寬的乘積
4. 丟包率
網絡擁塞嚴重時，新到達的分組無法甚至已無緩存空間暫存改分組，此時交換結點會丟棄分組，此所謂“丟包”。
5. 吞吐量
理想狀況下越等於鏈路瓶頸的帶寬（短板）。
計算機網絡體系結構
計算機網絡分層體系結構
將網絡功能及其通信協議分層。
OSI參考模型
7層。
分別是：
- 物理層（底層）
- 在傳輸介質上實現無結構比特流傳輸。
- 規定數據終端設備與數據通信設備之間接口的相關特性，主要包括機械、電氣、功能、規程4個方面的特性。
- 數據鏈路層
- 實現在相鄰結點之間數據可靠而有效的傳輸（單位：幀）。
- 尋址
- 網絡層
- 解決將分組通過交換網絡傳送至目的主機，負責轉發和路由（單位：數據分組）。
- 流量控制。
- 尋址
- 傳輸層
- 第一個端到端的層次，也是進程到進程的層次。
- 復用/分解、端到端的可靠數據傳輸傳輸、連接控制、流量控制和擁塞控制機制。
- 會話層
- 對進程之間會話進行管理與控制。
- 一般被應用層覆蓋，很少獨立存在。
- 表示層
- 處理應用實體之間交換數據的語法，其目的是解決格式和數據表示的差別，從而實現數據能被交換雙方所理解。
- 某些網絡中由應用層實現，而且表示層不獨立存在。
- 應用層（頂層）
- 直接提供給用戶以網絡服務，包括文件傳送、電子郵件、p2p應用等。
- 為用戶提供了一個使用網絡應用的接口。
OSI參考模型的7層中，1~3層主要是完成數據交換和數據傳輸，稱之為網絡低層；5~7層主要是完成信息處理服務的功能，稱之為網絡高層；低層與高層之間由第4層銜接。
有關術語
數據單元：層之間傳送的比特組。
服務訪問點：相鄰層之間，高層可以訪問低層的接口。
服務原語：
- 請求：用戶實體請求服務做某種工作。
- 指示：用戶實體被告知某件事發生。
- 響應：用戶實體對某件事的響應。
- 證實：用戶實體收到關於它請求的答復。
面向連接的服務：
- 欲傳送數據，先給出對方全稱地址，並請求建立連接，對方同意後就建立了通信鏈路。
- 傳送數據，通常以分組為單位，按序傳送，不再標稱地址而標稱鏈路號，接收方對成功接收的數據予以確認，稱為可靠傳輸方式。
- 數據傳送結束後，拆除鏈路。
無連接服務：沒有建立和拆除鏈路的過程，每個分組信息帶有全稱路徑，獨立選擇路徑，通常到達的時序也是不確定的，接收之後要重新排序組合。
TCP/IP參考模型
4層。
- 應用層
- 合並了會話層和表示層
- 傳輸層
- 為進程之間提供邏輯通信
- 網絡互聯層
- 整個參考模型的核心，負責將數據分組發送到目的地。
- 網絡接口層
- 對應OSI參考模型中的數據鏈路層和物理層。
五層參考模型
基於上兩種模型，將表示層和會話層合並到應用層。
這是近年來，在描述計算機網絡中最常用、最接近實際網絡的參考模型。
5層分別是：
- 物理層
- 數據鏈路層
- 網絡層
- 傳輸層
- 應用層
基於5層參考模型來描述網絡通信的過程，如上圖。
用戶的數據在應用層以報文的形式開始向下一層封裝，形成段、數據報、幀，最後以比特流的形式進行傳輸。
在中間節點處，例如路由器、交換機，分別從對應的數據報、幀中取出相應的路由或地址信息並進行處理，並依據轉發策略向正確的接口轉發數據報或幀。當數據到達目的主機後，自下而上，逐層處理並去掉相應的頭部信息，最終還原為最初的報文，交付給用戶。
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