计算机网络_01_概述

1.互联网

1.1 互联网的核心部分--路由器

互联网中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供联通性，使任何主机都能向其他主机通信，在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分的最重要功能。

主机和路由器的不同：

1）主机是负责处理用户的信息、收发分组；

2）路由是负责对分组进行转发。

1.2 分组交换的主要特点

• 分组交换采用存储转发技术。
• 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段，即“分组”。分组交换网以“分组”作为数据传输的基本单元。
• 每个分组的首部都包含着地址（例如目标地址和源地址）等控制信息。
• 分组交换网中的分组交换机根据接收到的分组首部中的控制信息，将分组转发给下一个分组交换机。
• 每个分组在互联网中的传输路径是独立的。

 

分组交换网的示意图：

 

 

1.3 路由器分组转发的过程

1）把收到的分组先放入缓存(暂时存储)；

2）查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；

3）把分组送到适当的端口转发出去。

 

1.4 分组转发带来的问题

1）分组在各路由器存储转发时需要排队，会有一定的延时；

2）分组必须携带首部，这也是一定的开销。

 

1.5 计算机网络的类别

1.5.1 计算机网络的定义

计算机网络主要由一些通用的、可编程的硬件互联而成，这些硬件并非专门用来实现某一特定目的，他们能够用来传送、处理不同类型的数据，并支持广泛的应用。

1.5.2 几种不同类别的网络

1）从网络的作用范围进行分类

广域网(Wide Area Network, WAN),作用范围为几十到几千公里。

城域网(Metropolitan Area Network, MAN)，作用范围为5-50公里。

局域网(Local Area Network, LAN)

个人区域网(Personal Area Network, PAN)

 

2）从网络的使用者进行分类

公用网（public network）：公众缴纳一定的费用就可以使用的网络。

内网(private network):拥有一定的权限才能使用的网络，例如银行的内网。

 

1.6 计算机网络的性能

1.6.1 性能指标

1）速率，即二进制位的传送速率，单位为bit/s，或Kb/s,Mb/s,Gb/s.

2）带宽，表示单位时间内某信道所能通过的最高数据率，单位bit/s。和速率的区别在于带宽表示最大速率，速率是额定速率。

3）吞吐量，表示单位时间内通过一个网络（或信道、接口）的数据量，受带宽或额定功率的限制。

4）时延，指数据从网的一端传送到另一端所需的时间。时延由发送时延、传播时延、处理时延、排队时延组成。

•   发送时延是指发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需的时间，等于=数据帧长度（bit）/发送速率(bit/s)
•  传播时延=信道长度(米)/信号在信道上的传播速率(米/秒)
•  处理时延是指主机或路由器在收到分组后，处理分组所花费的时间
• 排队时延是指分组在路由器的输入输出队列中排队所等待的时间

5）时延带宽积，=传播时延*带宽

6）往返事件RTT，指从发送方发送数据开始，到发送方接受到来自接收方的确认，总共经历的时间。

7）利用率，分为信道利用率和网络利用率

• 信道利用率是指某信道在整个使用周期中有数据经过的时间/整个时间周期。
• 网络利用率是网络中所有信道利用率的加权平均。

1.6.2 非性能指标

1）费用

2）质量

3）标准化

4）可靠性

5）可扩展性和可升级性

6）易管理性和易维护性

 

1.7 计算机网络体系结构

 

1.7.1 OSI七层模型

为什么需要分层？

如果没有分层设计，一个软件厂商需要设计所有通信细节，包括物理层接口、信号编码、地址寻址、传输机制与保障。(腾讯-通信软件，思科-路由器，华为-交换机，安普-网线水晶头)。

 

 

应用层-----老板

表示层----部门高级文秘，负责修饰老板的发言

会话层---部门普通文秘，负责书写信封，标明发件地和收件地

传输层----前台

网络层----快递公司

数据链路层---快递员

物理层------快递运送车辆

 

1.7.2 TCP/IP协议模型

应用层：处理特定的应用程序细节。包括Telnet，FTP和email

运输层：为两台主机上的应用程序提供端到端的通信。包括TCP，UDP

网络层：处理分组在网络中的活动，例如分组选路。包括IP，ICMP和IGMP

链路层：处理与电缆（或其他任何传输媒介）的物理接口细节，包括设备驱动程序及解耦卡

（五层协议有的）物理层

 

 

 

1.7.3 TCP/IP协议族中不同层次的协议

 

 

 

1.7.4 封装

• 以太网数据帧的物理特性使其长度必须在46-1500字节之间
• 以太网的帧首部也有一个16bit的帧类型域，即以太网协议号(表明是ip,arp还是rarp)

IP:0X0800;ARP:0X0806;PPPOE:0X8863 0X8864

• IP在首部存入一个长度为8bit的数值，称为协议域(icmp,igmp,tcp,udp,esp,gre)

ICMP:1;TCP:6;UDP:17;GRE:47;ESP:50;AH:51

• TCP和UDP都用一个16bit的端口号来表示不同的应用程序(ftp,telnet,http)

FTP:20 21;SSH:22;Telnet:23;HTTP:80;HTTPS:443

 

 应用程序的数据传到某层后，就加上该层首部，成为该层的PDU(Protocol Data Unit, 协议数据单元)。

当接收方接受到之后，就可以根据各个首部，将数据给到目标应用程序。