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計算機網路第一章筆記嘔心瀝血之作 值得收藏

2021-11-13 20:46:45 軟體設計

1、計算機網路的概念

  1. 計算機網路:是一個將分散的、具有獨立功能的計算機系統，通過通信設備與線路連接起來，有功能完善的軟體實作資源共享和資訊傳遞的系統
  2. 計算機網路是互連的、自治的計算機集合
    • 互連-互聯互通 通信鏈路
    • 自治-無助從關系

2、計算機網路的功能

  1. 資料通信（連通性）： 資料在不同信道傳輸 （發郵件、發檔案）
  2. 資源共享 ： 比如軟體、資料（百度文庫）、硬體（列印機、傳真機）
  3. 分布式處理：多臺計算機各自承擔同一作業任務的不同部分 Hadoop平臺
  4. 提高可靠性 ：傳輸資訊的時候 如果線路斷了 就可以走另一條路（大白話）
  5. 負載均衡：各計算機直接的關系

3、計算機網路的組成（不同角度的分類）

  1. 組成部分 :

    • 硬體：雙絞線、光纖、路由器等
    • 軟體： qq、微信 等
    • 協議：網路協議

  2. 作業方式:

    • 邊緣部分：主機存在的部分，用戶可以直接使用
      • 用戶通信方式:C/S方式和P2P方式
    • 核心部分：為邊緣部分服務

  3. 功能組成：資料通信和資源共享

    • 通信子網：實作資料通信

    • 資源子網 : 實作資源共享、資料處理
      在這里插入圖片描述

4、計算機網路的分類

  1. 按分布范圍分：廣域網WAN（交換技術）、城域網MAN、局域網WAN(廣播技術)、個人區域網PAN

  2. 按使用者分：

    • 公共網：中國電信，移動
    • 專用網：軍隊等

  3. 按照交換技術分：電路交換、報文交換、分鐘交換

  4. 按照拓部結構分：總線型、星型（如果有6結點5條鏈路）、環型、網狀型（通常通常用廣域網）

在這里插入圖片描述

  1. 傳輸技術分

    • 廣播式網路：共享公共通信信道
    • 點對點網路：使用分組存盤轉發和路由選擇機制
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5、標準化作業（標準化作業對計算機網路至關重要）

  1. 標準分類：

    • 法定標準（OSL）：有全為機構指定的正式的、合法的標準
    • 事實標準（TCP/IP）：某些公司的產品在競爭中占據了主流，時間長了，這些產品的協議和技術就成了標準

  2. RFC(Request For Comments)-------因特網標準的是形式

    RFC要上升為因特網正式標準的四個階段

    1. 因特網草案（Internet Draft）：發送郵箱rfc-editor@rfc-editor.org，在這個階段還不是RFC檔案，

    2. 建議標準（Proposed Standard） 從這個階段開始稱為RFC檔案

    3. 草案標準（Draft Standard）：2011年以后草案標準就已經取消啦，但是還是需要IETF、IAB把關

    4. 因特網標準(Internet Standard):順利成為因特網標準

  3. 標準化作業的組織

    • 國際標準化組織ISO：OSI參考模型 、HDLC協議
    • 國際電信聯盟ITU：制定通信規則
    • 國際電氣電子工程協會IEEE ：學識訓構、IEEE802系列標準、5G
    • Internet工程人物組IETF：負責殷野王相關標準的制定 RFC XXXX
      在這里插入圖片描述

6、計算機網路的性能指標之速率、帶寬、吞吐量

  1. 速率：即資料率或稱資料傳輸率或者位元率：

    位元：1或者0 位

    連接是在計算機網路上的主機在數字信道上傳送資料位數的速率

    單位：b/s ,kb/s , Mb/s ,Gb/s,Tb/s

    • 千 ：1 kb/s = 103 b/s
    • 兆 ：1 Mb/s =103 kb/s =106 b/s
    • 吉 ：1 Gb/s =103 Mb/s=106 kb/s = 109 b/s
    • 太 ：1 Tb/s =103 Gb/s =106 Mb/s=109 kb/s = 1012b/s

    存盤容量 1Byte（位元組）=8bit（位元）

    • 1KB=210B=1024B=1024*8b
    • 1MB=210B=1024KB
    • 1GB=210B=1024MB
    • 1TB=210B = 1024GB

  2. 帶寬：表示網路的通信線路傳輸資料的能力

    • 帶寬：原本指的是某個信號具有的頻帶寬度，即最高頻率和最低頻率只差，單位是赫茲（Hz），現在用來表示網路的通信線路傳輸資料的能力，通常指單位時間內從實驗中某一點到另一點所能通過的“最高速率”，單位是“位元每秒”，b/s ,kb/s , Mb/s ,Gb/s,Tb/s

    • 網路設備所支持的最高速率

    • 鏈路帶寬=1Mb/s

      在主機1us內可向鏈路發1bit資料

      鏈路帶寬=2Mb/s

      在主機1us內可向鏈路發2bit資料

      （帶寬變大了只會影響發送的速率 不會影響bit在資料鏈路傳輸的速率）

  3. 吞吐量：表示在單位時間內通過某個網路（或信道、介面）的資料量，單位b/s ,kb/s ,Mb/s等，

    • 吞吐量受網路的帶寬或者網路額定速率的限制

7、計算機網路的性能指標之時延、時延帶寬積、往返時間RTT、利用率

  1. 時延：指資料（報文、分組、位元流）從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需要的世界，也叫延遲或者遲延，單位是s，

    • 時延有四類：

      • 發送時延（傳輸時延）：從發送分組的第一個位元算起，到該分組的最后一個位元發送完畢所需要是時間

        公式： 發送時延=資料長度/信道帶寬（發送速率）

      • 傳播時延：取決于電磁波傳播速率和鏈路長度（基本都是2*108）

        公式：傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的傳播速率

        （電磁波相當于一個工人，背著位元跑）

      • 排隊時延：等待輸出/輸入鏈路可用

      • 處理時延：檢查找出口

    • 高速鏈路：提高了發送速率，提高了帶寬，提高了發送速率，減少了時延，不會影響傳播速率

  2. 時延帶寬積 ：稱為以位元為單位的鏈路長度，意思是鏈路上有多少位元的資料

    • 時延帶寬積=傳播時延(s)*帶寬（b/s） 單位是bit

  3. 往返時延RTT：從發送方發送資料開始，到發送方收到接收方確認（接收方收到資料后立即發送確認）

    • RTT越大，在收到確認之前，可以發送的資料越多
    • RTT包括：
      • 往返傳播時延=傳播時延*2
      • 末端處理時間

  4. 利用率：分為信道利用率和網路利用率

    • 信道利用率 ：有資料通過時間/（有+無）資料通過的時間
    • 網路利用率：信道利用率加權平均值

在這里插入圖片描述

8、分層結構：協議、介面、服務

  1. 為什么要分層結構？

    • 發送檔案前要準備的作業：
      1. 發起通信的計算機必須將資料通信的通路進行激活
      2. 告訴網路如何識別目的主機
      3. 發起通信的計算機要查明目的主機是否開機，并且與網路連接正常
      4. 發起通信的計算機要弄清楚，對方計算機中檔案管理程式是否已經做好準備作業了
      5. 確保差錯和意外的解決

  2. 怎么分層？

    • 分層的基本原則
      1. 各層之間相互獨立，每層只實作一種相對獨立的功能
      2. 每層之間界面自然清晰，易于理解，專案交流盡可能少
      3. 結構上可分割開，每層都采用最合適技術來實作
      4. 保持下層對上層的獨立性，上層單向使用下層提供的服務
      5. 整個分層結構應該能促進標準化作業

  3. 正式認識分層結構

    • 物體：第n層中的活用元素稱為n層物體，同一場物體叫做對等物體
    • 協議：為進行網路中的對等物體資料交換二建立的規則、標準或約定稱為網路協議，（水平）
      • 語法：規定傳輸資料的格式
      • 語意：規定所要完成的功能
      • 同步：規定各種操作的順序
    • 介面：(訪問服務點SAP):上層使用下層服務的入口
    • 服務：下層為相鄰上層提供的功能呼叫，（垂直）
    • SDU服務資料單元：為完成用戶所要求的功能而應傳送的資料
    • PCI協議控制資訊：控制協議操作的資訊
    • PDU協議資料單元：對等層次之間傳輸的資料單位
      在這里插入圖片描述

  4. 概念總結：

    • 網路體系結構是從功能上描述計算機網路結構
    • 計算機網路體系結構簡稱網路體系結構是分層結構
    • 每次遵循某個或者某些網路協議以完成本次功能
    • 計算機網路體系結構是計算機網路的各層及其協議的集合
    • 第n成在向n+1層提供服務時，此服務不僅包含第n層本身的功能，還包含有下層服務提供的功能，
    • 僅僅在相鄰層間有介面，且所提供服務的具體實作細節對上一層完全屏蔽
    • 體系結構是抽象的，而實作是指能運行的一些軟體和硬體

9、計算機網路分層結構：三種結構

  1. 分層結構：7層OSI參考模型 （法定標準）、4層TCP/IP參考模型 （事實標準）、5層體系結構（為了學習方便產生的）

  2. 為了解決計算機網路復雜的大問題----->分層結構（按功能）

    目的：支持異構網路系統的互聯互通

    國籍標準化組織（ISO）于1984年提出開發系統互連（OSI）參考模型

    OSI參考模型：理論成功，市場失敗

  3. ISO/OSI參考模型：每層都可以完成特定的功能
    在這里插入圖片描述
    在這里插入圖片描述
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    • 物理層：傳輸介質
    • 對等層次都有協議來規定實作一樣的功能

  4. 7層OSI：

    分層作用典型服務或者功能
    應用層用戶與網路的界面，所有能和用戶互動產生網路流量的程式，檔案傳輸（FTP），電子郵箱（SMTP），萬維網（HTTP）
    表示層用于處理在兩個通信系統中交換資訊的表示方式（語法和語意）功能一：資料格式轉換（像一個翻譯官）
    功能二：資料加密和解密
    功能三：資料壓縮和恢復
    會話層向表示層物體/用戶行程提供建立連接并在連接上有序地傳輸資料，這是會話，也是建立同步（SYN）功能一：建立、管理、終止會話
    功能二：使用校驗點可使會話在通信失效時從校驗點、同步點據需恢復通信，實作資料同步（適合傳輸大檔案），
    主要協議:ADSP和ASP
    傳輸層負責主機兩個行程的通信，即端到端的通信，傳輸單位是報文段或用戶資料報功能一：可靠傳輸、不可靠傳輸
    功能二：差錯控制
    功能三：流量控制
    功能四：復用分用
    （復用：指多個應用層行程可同時使用下面運輸層的服務
    分用：運輸層會把收到的資訊分別交付給上面應用層中相應的行程）
    主要協議：TCP、UDP
    網路層主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網上的不同主機提供通信服務，網路層傳輸單位是資料報功能一：路由選擇(選擇最佳路徑)
    功能二：流量控制
    功能三：差錯控制
    功能四：擁塞控制
    （若所有結點都來不及接受分組，而要丟棄大量分組的話，網路就處于擁塞狀態，因此要采取一定措施，環節這種擁塞）
    主要協議：IP 、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
    資料鏈路層主要人物是吧網路層傳下來的資料報組裝成幀，資料鏈路層/鏈路層的傳輸單位是幀功能一：成幀（定義幀開始和結束的）
    功能二：差錯控制 幀錯+位錯
    功能三：流量控制
    功能四：訪問（接入）控制，控制對信道的訪問
    物理層主要人物是在物理媒介上實作位元流的透明傳輸，物理層傳輸單位是位元，
    （透明傳輸：指不管所傳資料是什么樣的位元組合，都應當在鏈路上傳送）    		功能一：定義介面特性
    功能二：定義傳輸模式（單工、半雙工、雙工）
    功能三：定義傳輸速錄
    功能四：位元同步
    功能五：位元編碼
    主要協議：RJ45、802.3

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10、TCP/IP模型&5層參考模型

  1. OSI參考模型與TCP/IP參考模型
    在這里插入圖片描述

  2. OSI參考模型與TCP/IP參考模型相同點

    • 都分層
    • 基于獨立的協議堆疊的概念
    • 可以實作異構網路的互聯

  3. OSI參考模型與TCP/IP參考模型不同點
    在這里插入圖片描述

    • OSI定義三點：服務、協議、介面

    • OSI先出現，參考模型先于協議發明、不偏向特定協議

    • TCP/IP設計之處就考慮到異構網互聯問題，將IP作為重要層次

    • OSI參考模型TCP/IP參考模型
      網路層無連接+面向連接無連接
      傳輸層面向連接無連接+面向連接

      面向連接：面向連接分為三個階段，第一是建立連接，在此階段，發出一個建立連接的請求，只有在連接成功建立之后，才能開始資料傳輸，這是第二階段，接著當傳輸完畢，必須釋放連接，

      無連接：面向無連接沒有這么多階段，它直接進行資料傳輸

  4. 五層參考模型：

    1. 綜合了OSI和TCP/IP的優點:

      作用協議
      應用層支持各種網路應用FTP、SMTP、HTTP
      傳輸層行程-行程的資料傳輸TCP、UDP
      網路層源主機到目的主機的資料分組路由與轉發IO、ICMO、OSPF等
      資料鏈路層把網路層傳下來的資料報組裝成幀Ethernet、PPP
      物理層位元傳輸

    2. 5層參考模型的資料封裝和解封裝
      在這里插入圖片描述

11、第一章知識總結

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