计算机网络

目录

计算机网络体系结构

物理层

数据链路层

网络层

传输层

应用层

计算机网络体系结构

• 区分计算机网络、互连网、互联网
  计算机网络：是由若干节点和连接这些节点的链路组成
  互连网(internet)：泛指多个计算机网络互连而成的计算机网络，这些网络可以使用任何通信协议作为通信规则（网络的网络）
  互联网(Internet)：当前全球最大的，开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，采用TCP/IP协议族作为通信规则
   
• 互连网基础阶段发展的三个阶段：从单个网络ARPANET向互连网发展的过程；建成三级结构的互连网；逐渐形成全球范围多层次ISP结构的互连网

• 互联网的组成：边缘部分和核心部分
  边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成（这些主机又叫端系统），由用户直接使用，用来进行通信和资源共享
  网络边缘的端系统之间通信方式划分为两大类：客户——服务器方式（C/S方式）和对等方式（P2P方式）
  核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，用来为边缘部分提供服务（连通性和交换），常采用网络拓扑结构；网络核心部分起特殊作用的是路由器——一种专用计算机，实现分组交换

• 组成按逻辑功能组成分类：资源子网和通信子网
  资源子网是提供网络共享功能的设备及其软件的集合，主要是由互联网的主机构成
  通信子网是通信连路+通信设备+网络协议构成

• 计算机网络的功能
  数据通信【最基本、最重要】
  资源共享
  分布式处理
  可靠性
  负载均衡

• 电路交换、报文交换与分组交换

  	优点	缺点
  电路交换	建立连接——数据传输——连接释放 ①适用传输大量数据，且传输时间大于连接建立时间，传输时延小 ②有序传输，不会出现失序 ③没有冲突，不会出现争用物理信道的问题 ④适用性强，可以传输模拟信号和数字信号	①通话的两个用户始终占用端到端的通信资源，通信效率低 ②灵活性差，出现故障需要重新拨号 ③难以实现差错控制，中间节点不具备存储和检验数据的能力，无法检验并纠正错误
  报文交换	数据交换的单位是报文，报文交换采用存储转发 ①适用于传输突发数据，无需建立连接 ②动态分配线路，可靠想搞	以报文进行存储转发，网络时延大，且大量占用交换机的内存与外存；且错误处理低效，报文较长时处理错误报文额定代价大
  分组交换	适用于传输突发数据，且分组交换比电路交换更灵活，简化了存储管理（分组长度固定）	造成额外开销，分组交换需要专门的管控与协议 相对于电路交换，存在存储转发时延

• 虚电路交换：建立连接（虚拟电路）；分组按序，通过已经建立好的既定线路发送，通信双方不独占线路；释放连接

计算机网络的分类

• 计算机性能指标

  速率	也称数据传输速率，表示每秒传输多少bit；单位K——>M——>G——>T
  带宽	能传送的最高数据传输速率;需要注意的是节点之间的传输带宽是由链路带宽和节点性能共同决定
  吞吐量	单位时间通过某个网络的实际数据量
  时延	发送时延+传输时延+处理时延+排队时延；发送时延=分组长度/发送速率；传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传输速率;
  时延带宽积	发送端已经发出但尚未到达接收端的最大比特数；时延带宽积=传播时延×信道带宽
  往返时延	发送端发送完一个分组到接受来自接收端的确认之间的时间间隔
  信道利用率	利用率分为信道利用率和网络利用率，信道利用率指信道有百分之几的时间是被使用的，网络利用率是信道利用率的加权平均值；网络利用率达到1/2时，时延会加倍；当前网络时延=空闲网络时延/（1-u）

• 计算机网络体系结构

  OSI的七层协议	TCP/IP的四层协议	五层协议
  应用层	应用层（各种应用层协议HTTP等）	应用层
  表示层	运输层TCP或UDP	运输层
  会话层	网际层IP	网络层
  运输层	链路层（网络接口层），无具体内容	数据链路层
  网络层		物理层
  数据链路层
  物理层

        实体：任何能够发送和接收信息的硬件和软件进程，通常是指某个特定的软件模块

        对等实体：不同机器上同一层的实体

        协议数据单元PDU：对等层之间传送的数据单位，物理层的PDU叫做比特流，数据链路层的PDU叫做帧，网络层的PDU叫做分组，传输层的PDU叫做报文段

        服务数据单元SDU：未完成用户所要求的功能而传送的数据

        协议控制信息PCI：控制协议操作的信息

        协议：控制对等实体进行通信的规则的集合，是水平的。由语法、语义和同步组成；语法是指数据与控制信息的格式；语义是指需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答；同步（时序）是指执行各种操作的条件、时序关系等，即事件实现顺序的详细说明

        服务：下层为紧邻的上层提供的功能调用，是垂直的

        服务原语：上层使用下层所提供的服务必须通过与下层交换一些命令，这些命令在OSi中被叫做服务原语

        服务访问点：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方，叫做服务访问点

物理层

• 码元可以携带的数据大小，取决于一个时刻可能会出现多少种信号，如果会出现K信号，则一个码元能携带的数据为log2K
• 速率
  • 码元传输速率，又称波特率；单位时间内传输的码元个数；码元传输速率转换成比特传输速率要乘上码元携带的比特数
  • 比特传输速率，又称比特率，单位时间内传输的比特数
• 根据信号中代表消息的参数取值范围不同，信号可以分为两大类：模拟信号（连续信号），代表消息的参数取值是连续的和数字信号（离散信号），代表消息的参数取值是离散的
• 限制码元在信道上的传输速率因素：信道能通过的频率范围、信噪比
• 奈氏准则【没有噪声，带宽有限】
  • 在理想低通信道中，为了避免码间串扰，极限码元传输速率是2W波特，W是信道的频率带宽
  • 理想低通信道极限传输速率=2W * log2V，V表示有多少个不同的码元
• 香农定理
  • 注意题目给的是标准的信噪比，还是分贝计法；如果是分贝还需要转换成标准的信噪比
  • 分贝计法：db = 10 * log10 (S/N)
  • 信道的极限比特传输速率 = W * log2（1+S/N）
• 调制：基带调制（编码），仅仅对基带信号的波形进行变换，使其能与信道特性适应，变换后仍然是基带信号，是把一种数字信号变换成另一种数字信号；带通调制：使用载波将基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并将数字信号转换成模拟信号，经过调制后的信号也叫作带通信号

  • 调幅AM	抗干扰能力差
    调频FM	抗干扰能力强
    调相PM
    正交幅度调制QAM	m个相位，每个相位有n个振幅。则一个码元携带的信息为log 2 (mn) 比特

• 编码：将数据转换成数字信号的过程

  • 	优点	缺点
    非归零编码NRZ	不用归零，一个时钟可以全部用来传输数据，编码的效率最高	收发双方存在同步问题，需要双方都带有时钟线；抗干扰能力弱
    归零编码RZ	高电平表示1，低电平表示0。每个码元的中间均跳变到零电平；方便发送者和接收者	浪费带宽 抗干扰能力弱
    反向非归零编码NRZI	跳0，不跳1，终不变；结合了非归零和归零的优点 每8bit增加一位用于自同步	抗干扰能力弱 浪费部分带宽
    曼彻斯特编码【以太网物理层默认的编码方式】	上跳0，下跳1，看中间；或者采用相反的规则； 抗干扰强	浪费带宽
    差分曼彻斯特编码【广泛用于宽带高速网中】	关注每个信号周期的起点是否有跳变，跳0，不跳1，中间必变； 抗干扰强	浪费带宽

     
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