计算机网络 一、体系结构和参考模型
第一章
1.概念、组成、功能和分类
计算机网络：是将一个分散的、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。
计算机网络是互联的、自治的计算机集合。
1.计算机网络的功能
1.数据通信
2.资源共享
3.分布式处理
4.提高可靠性
5.负载均衡
2.计算机网络的组成
1.组成部分
硬件、软件、协议
2.工作方式
（1）边缘部分 指用户直接使用的主机等
（2）核心部分 为边缘部分服务，指路由器等
3.功能组成
（1）通信子网 实现数据通信
（2）资源子网 实现资源共享/数据处理
通信子网：各种传输介质、通信设备、相应的网络协议组成。
在OSI7层模型中，对应：物理层、数据链路层、网络层。
资源子网：实现资源共享功能的设备和软件的集合。
在OSI7层模型中，对应：传输层、会话层，表示层，应用层。
3.计算机网络的分类
1.按分布范围分
广域网WAN、城域网MAN、局域网 LAN、个人局域网PAN
2.按使用者分
公用网、专用网
3.按交换技术分
电路交换、报文交换、分组交换
4.按拓扑结构分
总线型、星型、环型、网状型。
5.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
2.标准化工作及相关组织
1.标准的分类
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，时间长了，这些产品中的协议和技术就成了标准。
2.标准化的相关组织
国际标准化组织 ISO
国际电信联盟 ITU
国际电气电子工程师协会 IEEE
Internet工程任务组 IETF
3.速率相关的性能指标
1.速率
速率，即数据率，或称数据传输率，或称比特率。
比特，1或者0 ，单位为 位。
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率。
单位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s,Tb/s。
速率
千 1kb/s = 103b/s
兆 1Mb/s = 103kb/s
吉 1Gb/s = 103Mb/s
太 1Tb/s = 103Gb/s
1Byte = 8 bit 1 字节 = 8比特
存储容量
1KB = 210B
1MB =210KB
1GB = 210MB
1TB = 210GB
2.带宽
“带宽”原本指的是某个新号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹（Hz）。
在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是b/s,kb/s,Gb/s....是网络设备所支持的最高速度。
3.吞吐量
表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。单位b/s，kb/s等。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。
4 .时延、时延带宽积、RTT和利用率
1.时延
指数据（报文、分组、比特流）从网络（或链路）的一段传送到另一端所需的时间。也叫延迟或者迟延。单位是s。
发送时延：从发送分组的第1个比特算起，到该分组的最后1个比特发送完毕所需的时间。
发送时延 = 数据长度/信道宽度（发送速率）
传播时延: 取决于电磁波传播速度和链路长度
传播时延 = 信道长度/电磁波在信道上的传播速率
排队时延：等待输出/入链路所需要的时间
处理时延：检错，找出口
2.时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延 × 带宽
bit = s × b/s
时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
3.往返时延RTT
从发送方发送数据开始，到发送发收到接收方的确认（接收方接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。
RTT包括：
1.往返传播时延 = 传播时延 * 2
2.末端处理时间
4.利用率
1.信道利用率
有数据通过时间/（有+无）数据通过时间
2.网络利用率
信道利用率加权平均值
5.分层结构、协议、接口、服务
1.分层结构
为什么要分层？
发送文件要完成的工作：
1）发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
2）要告诉网络如何识别目的主机。
3）发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且网络连接是否正常。
4）发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。
5）确保差错和意外可以解决
.....
等等面临很多问题，所以需要分层次解决。
怎么分层？
分层的基本原则：
1）各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能。
2）每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少。
3）结构上可分割开。每层都采用最合适的技术来实现。
4）保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5）整个分层应该能促进标准化工作
1.实体： 第n层中的活动元素称为n层实体。
2.协议： 为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或者约定，称为网络协议。
协议3大要素：
语法：规定传输数据的格式
语义：规定所要完成的功能
同步： 规定各种操作的顺序
3.接口（访问服务店SAP）：上层使用下层服务的入口。
4.服务：下层为相邻上层提供的功能调用
SDU服务数据单元：为完成用户要求的功能而应传送的数据。
PCI控制协议信息：控制协议操作的信息。
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
PCI+SDU = PDU
网络体系结构是从功能上描述计算机网络结构。
计算机网络体系结构简称网络体系结构，是分层结构。
每层遵循某个/些网络协议以完成本层功能。
计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合。
第n层在向n+1层提供服务时，此服务n层及以下的功能。
仅仅在相邻层间有接口，且所提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。
体系结构是抽象的，而实现是指运行的一些软件和硬件。
6.OSI参考模型
7层OSI参考模型是法定标准。
4层TCP/IP参考模型是事实标准。
7.应用层
6.表示层
5.会话层
4.传输层
3.网络层
2.数据链路层
1.物理层
1、2、3层是通信子网，数据通信的过程。点到点的通信。
4、5、6、7层时资源子网，数据处理的过程。端到端的通信。
1.应用层
所有能和用户交互产生网络流量的程序。
典型应用层服务：FTP、SMTP、HTTP....
2.表示层
用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。
功能1：数据格式变换。
功能2：数据的加密解密
功能3：数据的压缩和恢复
3.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的数据。
这是会话，也是建立同步（SYN）
功能1：建立、管理、终止会话
功能2：使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/通步点继续恢复通信，实现数据同步。
4.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。
功能1：可靠传输、不可靠传输
功能2：差错控制
功能3：流量控制
功能4：复用分用
复用：多个应用层进程可同时使用下面的运输层的服务。
分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
5.网络层
主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上不同的主机提供通信服务。
网络层传输单位是数据报。
功能1：路由选择
功能2：流量控制
功能3：差错控制
功能4：拥塞控制
6.数据链路层
主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。
数据链路层的传输单位是帧
功能1：成帧
功能2：差错控制。 帧错或者位错的情况
功能3：流量控制。
功能4：访问（接入）控制 控制对信道的访问
7.物理层
主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。
物理层传输单位是比特。
透明传输：不管传输的数据是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。
功能1：定义接口特性。
功能2：定义传输模式。单工，半双工、双工。
功能3：定义传输速率。
功能4：比特同步。
功能5：比特编码。
7.TCP/IP参考模型
对应的协议栈：
1.应用层 HTTP、FTP、DNS
2.传输层 TCP UDP
3.网际层 IP
4.网络接口层 Ethernet ATM Frame Relay
OSI 与TCP/IP参考模型的相同点：
1.都分层
2.基于独立的协议栈的概念
3.实现了异构网络的互联
不同点：
1.OSI定义了三点：服务、协议、接口
2.OSI的参考模型先于协议发明
3.TCP/IP设计之初考虑到异构网互联的问题，将IP作为了重要层次
4.TCP/IP模型在网络层是无连接，在传输层是无连接+面向连接，OSI参考模型在网络层是无连接+面向连接，在传输层是面向连接。
面向连接分为3个阶段，第一是建立连接，第二是数据传输，第三是释放连接。
无连接直接进行数据传输。
8. 5层模型
应用层 支持各种网络应用
传输层 进程和进程的数据传输
网络层 源主机到目的主机的数据分组和路由转发
数据链路层 把网络层传下来的数据报组装成帧
物理层 比特传输
