计算机网络体系结构
计算机网络的概念
- 计算机网络是一个将分散的,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。
计算机网络的组成
共分三类:
- 组成部分:硬件,软件,协议。
1.硬件:主机(端系统),通信链路(双绞线,光纤),交换设备(路由器,交换机),通信处理机(网卡)
2.软件:实现资源共享的软件和方便用户使用的工具软件(邮件收发,聊天程序等)
3.协议:计网核心,“交通规则”规定网络传输数据时所遵循的规范 - 工作方式:边缘部分和核心部分
1.边缘部分:主机,用来通信和资源共享
2.核心部分:网络和连接网络的路由器,为边缘提供连通和交换 - 功能组成:通信子网和资源子网
1.通信子网:传输介质,通信设备,网络协议。
2.资源子网:资源共享的设备及其软件
计算机网络的功能
- 数据通信
- 资源共享
- 分布式处理
- 提高可靠性
- 负载均衡
计算机网络的分类
共分六类:
- 分布范围:
广域网WAN,城域网MAN,局域网LAN,个人区域网PAN - 传输技术:
广播式网络,点对点网络(区别于是否分组存储转发和路由选择机制) - 拓扑结构:
总线形,星形,环形,网状(节点与通信链路的几何关系),也可以互联成为更复杂网络结构 - 使用者:
公用网,专用网 - 交换技术:
1.电路交换网络:点对点,建立连接,传输数据,断开连接,传统电话网络。优点:数据直接传送,时延小。缺点:线路利用率低,无差错控制。
2.报文交换网络:加源地址和目标地址,封装成为报文段传送。也叫存储转发网络,优点:充分利用线路,一对多多对一,差错控制。缺点:资源开销大,缓冲时延,缓冲区难管理。
3.分组交换网络:把数据封装成固定长度数据块,块红加上目的地址和源地址等辅助信息成为分组,以存储-转发传输。优点:报文网络优点+缓冲容易管理,包时延小,现在主流网络的选择。 - 传输介质:
1.有线:双绞线网络,同轴电缆网络等。
2.无线:蓝牙,微波,无线电等。
计算机网络的性能指标
- 带宽:bandwidth,单位Hz,表示网络通信线路传输数据能力,“最高数据传输速率”。
- 时延:delay,端到端传送总时间,总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。
- 时延带宽积:传播时延x信道带宽。
- 往返时延:round-trip-time"RTT",从发送端开始到接收到接收端的确认历经总时延。
- 吞吐量:throughput,单位时间内通过某个网络数据量。
- 速率:speed,计算机网络上主机在数据信道上传送数据的速率,最高速率为带宽,单位为比特/秒,b/s。
- 信道利用率: 有数据通过的时间/有无数据通过的时间。
计算机网络的体系结构
计算机网络的分层结构
- 计算机网络各层及其协议的集合就是计算机网络的体系结构。
- 每层活动元素成为实体,每层传送的数据单位不同,但都有两部分:数据服务单元SDU和协议控制单元PCI,共同组成协议数据单元PDU。
- 从上到下包装,从下到上拆解,n-SDU+n-PCI=n-n-PDU=(n-1)-SDU。
- 每层使用下层的服务,服务上层:最底层只提供服务,最高层只面向用户服务,中间层既享受服务也服务上层。
- 每层只能调用相邻层接口服务。
- 两台主机通信的时候对等层有一条直接信道。
计算机网络协议,接口,服务
- 协议:为网络数据交换建立的规则,标准,约定。控制两个/多个对等实体进行通信的规则的集合,是水平的,不对等实体之间没有协议。包括语法,语义,同步。
- 接口:同一个结点内相邻层之间交换信息的连接点,系统内部的规定,n+1层通过访问n层的SAP(服务访问点)来获取服务,每个SAP有自己的地址。
- 服务:下层为紧邻的上层提供的功能调用,是垂直的。上下层提供服务的时候有四类原语:请求request,指示indication,响应response,证实confirmation。
计算机提供的服务有三种:
1.面向连接服务和无连接服务:面向连接必须先建立连接分配资源,结束再释放连接和资源,三个阶段,如TCP,无连接服务只需要直接发送数据,把带目的地的包传送在线路上,不可靠的服务,Best-Effort-Delivery,如IP和UDP
2.可靠服务和不可靠服务:可靠指的是有纠错,检错,应答机制,保证正确可靠传输数据,而不可靠是尽量正确可靠,尽力而为的服务。
3.有应答服务和无应答服务:是否有接受方接收数据之后向发送方发送应答,文件传输服务就是有应答,WWW就是无应答
ISO/OSI与TCP/IP模型
- OSI模型:七层,从下到上分别为:物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层,应用层。
低三层为通信子网(为了连接网络的通信设备),传输层承上启下,上三层为资源子网(相当于计算机,完成数据处理)。 - TCP/IP模型:四层,从下到上分别为:网络接口层,网际层,传输层,应用层。
- 两者共同点:都采取分层结构。都基于独立协议栈的概念。都可以解决异构网络的互连(不同厂家计算机互联)
- 两者不同点:
OSI产生服务,协议,接口概念,与面向对象思想吻合。OSI先产生的模型而没有对应协议,TCP/TP先产生了协议再产生的模型。
TCP/IP设计之初就考虑了异构网络的问题,并用IP分层,OSI后来才在网络层中产生子层完成类似IP的功能。
OSI支持无连接和面向连接服务,但在传输层只有面向连接服务,而TCP/IP认为可靠性是端到端的问题,网际层仅有无连接,传输层支持两种模式。 - 我们折中,综合两个模型来划分五层:物理层,数据链路层,网络层,传输层,应用层。发送方用户给出自然语言通过应用层转化为数据,从上到下层层包装数据,接收方从下到上层层逆向拆解数据把数据提交给用户。