计算机网络体系结构

计算机网络概述

这一章比较多的是概念，记一下主要的就好了。

计算机网络的概念

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。计算机网络就是一些互联的、自治的计算机系统的集合。

广义观点

只要能实现远程信息处理的系统，或者资源共享就是计算机网络。

资源共享观点

跟开头差不多，包含三层涵义：

  • 目的——资源共享
  • 组成单元——分布在不同地理位置的多台独立的自治计算机
  • 计算机必须遵守的统一规则——网络协议

计算机网络的组成

组成部分上来看

完整的计算机网络上包括硬件、软件、协议三大部分组成。

  • 硬件主要由端系统，链路，交换设备，网卡等组成。
  • 软件主要由一些应用程序实现。
  • 协议是计算机网络的核心。

工作方式上来看

计算机网络可分为边缘网络和核心网络。

从功能上来看

计算机网络由通信子网和资源子网组成。

计算机网络的功能

  1. 数据通信：最基本最重要的功能
  2. 资源共享
  3. 分布式处理
  4. 提高可靠性
  5. 负载均衡

计算机网络的分类

分布范围分类

  • 广域网
  • 城域网
  • 局域网
  • 个域网

按传输分类

  • 广播式网络
  • 点对点网络

按拓扑结构分类

  • 总线型
  • 星形
  • 环形
  • 网状型

交换技术分类

  • 电路交换：数据直接传输，延迟低，但是利用率低。传统电话使用电路交换。
  • 报文交换：需要整个数据封装起来发送。
  • 分组交换：数据被划分为小的数据包，称为分组，每个分组独立并行传输。

计算机网络性能指标

  • 带宽：最高数据传输率，单位是 bit/s 或者 bps。注意 1Kbps=1000bit/s
  • 时延：从第一个bit发出开始到接收端最后一个bit完全接收所用的时间，有四个主要的时延，传送门
  • 时延带宽积：就是上面两项指标的乘积，可以表示信道容纳数据的大小。假设总时延为 \(t_0\)，带宽为 W，发送端已经发送了 \(t\) 的数据，假设发送方以最带宽的速率传输，那么发送方发送了 \(t\times W\) 的数据，接收端接收了 \((t-t_0)\times W\) 的数据，那么它们之间的差就是所有已发送但未接收的比特数目，也就是时延带宽积（\(t_0\times W\)）。
  • 往返时延（RTT）：指的是数据往返的时延。
  • 吞吐量：单位时间内通过的数据量。
  • 速率：数据传输率，最大数据传输率就是带宽。
  • 信道利用率：指某一信道有数据通过的时间与总工作时间的比值。

计算机网络的体系结构

OSI/ISO参考模型：

  • 应用层
  • 表示层：功能主要有——数据格式化、数据转换、数据压缩、数据加密和解密、数据描述和和语法检查。
  • 会话层：建立和终止会话或连接，管理会话期间的数据交换和流程控制，支持对话同步和协调应用程序之间的操作， 提供会话恢复机制以应对会话中断或故障，检测和处理会话期间的错误。
  • 传输层
  • 网络层：可同时提供可靠与不可靠的服务。
  • 链路层：实现相邻节点流量控制。
  • 物理层

TCP/IP参考模型：

  • 应用层
  • 传输层：
  • 网络层
  • 网络接口层

分层的好处：

  • 各层之间是独立的。
  • 灵活性好。
  • 结构上可分割开。
  • 易于实现和维护。
  • 能促进标准化工作。

分层的缺点：

  • 降低效率。
  • 有些功能会在不同的层次中重复出现，因而产生了额外开销。