第1章 计算机网络与因特网
1.1 计算机网络与协议
1.1.1 计算机网络
概念
计算机网络 = 通信技术 + 计算机技术 = 通信网络
= 互连
(用交换节点组成的交换网络)的、自治
(无主从关系)的计算机集合
ISP:网络服务提供商
Internet:ISP网络互连的网络之网络
组成部分
- 组成细节角度
计算设备
:主机/端系统 运行分布式应用通信链路
分组交换
:路由器 和 (链路层)交换机
硬件基础 - 服务角度
为应用提供 通信服务 和 通信基础设施
为应用提供 应用编程接口(类似于邮政系统) 有服务、有规则
1.1.2 协议
协议
- 有序运行的保证
- 数据交换必须遵守的约定好的规则
网络协议
- 为进行
网络中的数据交换
而进建立的规则、标准或规定。 - 规定通信实体间的信息格式、意义、顺序、及对应执行动作
三要素
- 语法
数据与控制信息的结构或格式
信号电平 - 语义
需何时发出何种控制信息
完成何种动作和作出何种响应
差错控制 - 时序
事件顺序
速度匹配
Internet协议标准 RFC
协议规范了网络中所有信息的接受和发送过程。
1.2 网络结构
1.2.1 计算机网络结构
- 网络边缘
- 接入网络
- 网络核心
网络边缘
主机/端系统
- 客户/服务器模型
- 对等应用模型
接入网络
指有线或无线通信链路
- 数字用户线路DSL( 电话 )
数据通信:通过DSL电话线连接Internet,与CO(中心局)的DSLAM交换数据。
语音通信:通过DSL电话线连接电话网络。‘
特点:各户独占一条通信链路。
FDM(频分)
电话 | 上行 | 下行 | |
---|---|---|---|
带宽 | 0 ~ 4kHz | 4kHz ~ 50kHz | 50kHz ~ 1MHz |
速率 | \ | < 2.5Mbps | < 24Mbps |
典型速率 | \ | < 1Mbps | < 10Mbps |
- 电缆网络(HFC 有线电视 )
速率具有非对称特性,上行速率为2Mbps,下行速率为30Mbps。
各家庭共享广播媒体。
通过电缆网络连接光纤接入ISP路由器,与CMTS交换数据。
- 典型家庭接入网
- 机构接入网
典型传输速率:10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps
目前,端系统通常直接连接以太网交换机 - 无线接入网
通过共享的无线接入网(基站
、“接入点”
)连接端系统或路由器
无线局域网LANs | 广域无线接入网 | |
---|---|---|
范围 | 同一建筑物内 (30m) | 通过电信运营商 (蜂窝网) ,接入范围在几十公里 |
类型 | 802.11b/g (WiFi) | 3G、4G: LTE / 移动互联网 |
带宽 | 11 Mbps、 54 Mbps | 1 Mbps、10 Mbps、100 Mbps |
网络核心
互联的路由器网络
关键功能:路由 + 转发 → 数据交换
路由 :从源主机到目的主机的逻辑路径
转发 :从路由器的输入端口到输出端口
1.2.2 Internet结构
ISP网络之网络
IXP:互联网交换中心,各ISP之间数据交换的接口。
一级“商业”ISP:国家或国际范围。
内容提供商网络:私有网络,连接其数据中心和Internet,绕过一级或区域ISP。
区域ISP:连接多个接入ISP。
接入ISP:端系统通过接入ISP(access ISPs )连接到 Internet。
1.3 数据交换
- 需求
- 不可能实现完全的互联
- 实现数据通过网络核心从源主机到目的主机
- 本质:动态分配传输资源
- 类型
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
1.3.1 电路交换
- 最典型的电路交换网络:电话网络
- 三阶段
- 建立连接
- 通信
- 释放连接
- 独占资源 —— 多路复用实现
多路复用
链路、网络资源划分成多个“资源片”
过程
- 分配给呼叫
- 呼叫独占资源片
- 可能闲置
方法
TDM、FDM、WDM、CDM
TDM:划分时间帧,周期使用
FDM、WDM:划分频率带宽为模拟信道
CDM:按编码划分
- 举例:
- 在CDM中,为便于计算,0表示为-1,1表示为1。
- A、B、C通信,A码片序列为 (-1, 1, -1, 1),B码片序列为 (1, 1, 1, -1),C码片序列为 (-1, -1, 1, 1)。
- A发送数据为 (0, 1),B发送数据为 (1, 1)
- A得到的传输信号:(1, -1, 1, -1, -1, 1, -1, 1)
- B得到的传输信号:(1, 1, 1, -1, 1, 1, 1, -1)
- A、B同时传输得到的传输信号:(2, 0, 2, 0, 0, 2, 0, 0)
- 解码保证得到的结果中任一位信号di ∈ [-1, 1]即可
1.3.2 报文交换
信息整体传输
1.3.3 分组交换
适用于突发数据传输网络
分组
- 报文拆分的数据包
- 拆分、重组会增加开销
- 共用链路时,共用组的分组序列不确定,按需进行传输
共同点
二者均采用存储—转发
的交换方式
交换传输时延
假设有n个路由器连接A、B,报文为M bits,速率为R bps,分组交换采取的分组大小为L bits,则:
报文交换的时延:n * M / R
分组交换的时延:M / R + n * L / R
1.4 网络性能
速率
数据率,即 每单位时间传输的bit位数 。单位:bps,kbps,……
带宽
在网络信道中的最高数据率。单位同上
时延
包括四种分组延迟:
- dproc :结点处理延迟 —— 差错检测、查路由表
- dqueue :排队延迟 —— 等待输出可用
- dtrans :传输延迟 —— 一次发送一个分组所用时间 L / R
- dprop :传播延迟 —— 一个分组从链路的一端到另一端所用的时长 d / s
传输延迟与传播延迟
传输延迟可看作:收费站闸门打开的时间
传播延迟可看作:车辆在一段高速公路上的所用时间
流量强度
L * a / R
- a 表示分组到达的平均速率
- 当流量强度 → 0,dqueue → 0
- 当流量强度 → 1,dqueue 很大
- 当流量强度 > 1,dqueue → ∞
时延带宽积
传播时延 * 带宽 = dprop * R
丢包率
丢包数 / 已发分组总数
吞吐率/量
- 在发送端与接收端之间的数据速率
- 即,单位时间内某个信道中的数据总量
- 受限于瓶颈链路,min{ Ri }
1.5 网络体系结构
- 分层结构描述:各层特定功能
- 功能描述:遵守某个/些协议
实体
任何可发送或接收信息的 硬件 或 软件过程
协议
控制两个 对等实体 通信的规则集合
水平的
服务
下层为上层提供服务
下层实现对上层是 透明 、不可见的
垂直的
接口
相邻层 通过 接口 交互
通过 服务访问点 SAP 指定特定服务
1.5.1 OSI模型
由ISO组织提出
- 应用层 —— 通过用户代理和网络接口使用网络服务
- 表示层 —— 数据表示转化(语义、语法在不同系统间的转换),加密/解密,压缩/解压
- 会话层 —— 对话控制、同步 最薄弱的一层
- 传输层 —— 源到目的进程间(端到端)完整报文传输
分段、重组
SAP寻址(正确的进程)
连接、流量、差错控制
—————————————— 以上为 端到端层
- 网络层 —— 源到目的的数据分组交付,逻辑寻址
路由
分组转发 - 数据链路层 —— 结点—结点间数据传输,组帧,物理寻址
流量控制
差错控制
访问/接入控制 - 物理层
接口特性
比特编码
数据率
比特同步
传输模式
数据封装
所有参考模型均使用这一模式
增加控制信息,构造协议数据单元PDU
- 地址、标识
- 差错控制编码
- 协议控制
1.5.2 TCP/IP参考模型
- 应用层
- 运输层
- 网际层
- 网络接口层
一切依靠IP,一切为了IP
1.5.3 5层参考模型
- 应用层 —— 网络应用
- 传输层 —— 进程—进程数据传输
- 网络层 —— 源主机—目的主机的路由、转发
- 数据链路层 —— 相邻网络节点的数据传输
- 物理层 —— 比特传输
来源:CSDN
作者:zzklh
链接:https://blog.csdn.net/weixin_44350049/article/details/104080932