CS408/Computer-Network/summary.md

概述

计算机网络是互连（互联互通）、自治（无主从关系）的计算机集合。

计算机功能

• 数据通信。
• 资源共享（硬件、软件、数据）。
• 分布式处理。
• 提高可靠性。
• 负载均衡。

标准化

标准的分类

• 法定标准：由权威机构制定的正式合法的标准，如OSI。
• 事实标准：某些公司产品在竞争中占据主流，其产品的协议与技术就成为了标准，如TCP/IP。

工作阶段

RCF（Request For Comments）因特网标准形式。

• 因特网草案（Internet Draft）。
• 建议标准（Proposed Standard）。
• 草案标准（Draft Standard）。
• 因特网标准（Internet Standard）。

相关组织

• 国际标准化组织ISO：OSI、HDLC。
• 国际电信联盟ITU：制定通信规则。
• 国际电气电子工程师协会IEEE：IEEE802。
• 因特网工程任务组IETF：因特网标准制定。

计算机组成

• 组成部分：硬件、软件、协议。
• 工作方式：边缘部分（用户直接使用，包括C/S与P2P方式）、核心部分（为边缘部分服务）。
• 功能组成：通信子网（数据通信）、资源子网（资源共享数据处理）。

计算机分类

• 分布范围：广域网WAM（交换技术）、城域网MAN、局域网WAN（广播技术）、个人区域网PAN。
• 使用者：公用网、专用网。
• 交换技术：电路交换、报文交换、分组交换。
• 拓扑结构：总线、星型、环型、网状。
• 传输技术：广播式、点对点式。

性能指标

速率

数据传输率或比特率。是主机在数字信道上传输数据位数的额定理想速度。

$1Tb/s=10^3Gb/s=10^6Mb/s=10^9kb/s=10^{12}b/s$。

（ 存储容量方面，$1Byte=8bit$，因为一个字节占八个比特位，所以一般都是以字节为单位。 $1TB=2^{10}GB=2^{20}MB=2^{30}KB=2^{40}B$。 ）

带宽

网络中某点到另外一点所能通过的最高数据率，单位是$b/s$等。即网络设备发送的极限最高速率约束。

吞吐量

单位时间内通过某网络或信道接口的数据量，单位是$b/s$等。这是网络实际的平均速率。吞吐量受网络带宽的限制。

时延

是数据从网络的一端传送到另一端锁需要的时间，单位为$s$。时延=发送（传输）时延+传播时延+排队时延+处理时延。

• 发送时延：从发送分组的第一个比特开始到最后一个比特发送完毕的时间。发送时延=数据长度\信道带宽（发送速率）。
• 传播时延：数据在信道上传播的时间。传播时延=信道长度\电磁波传播速率。
• 排队时延：等待输入与输出链路可用的时间。
• 处理时延：检错数据与查找转发出口的时间。

时延带宽积

时延带宽积=传播时延×带宽，单位为$bit$。表示是以比特为单位的链路长度，即链路当前的数据比特容量。

往返时延RTT

从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认（假如收到数据立刻返回确认）总共经历的时延。

RTT越打，在收到确认前可以发送的数据越多。

RTT=往返传播时延+末端处理时延。

利用率

• 信道利用率：有数据通过时间\（有+无）数据通过时间。
• 网络利用率：信道利用率加权平均值。

利用率越高则时延越长，且加速度不断提高。

体系结构

分层原因

• 发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。
• 要告诉网络如何识别目的主机。
• 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
• 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。
• 确保差错和意外可以解决。

分层结构概念

• 实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体就是对等实体。
• 协议：为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定。是水平方向的。
  • 语法：传输数据的格式。
  • 语义：所要完成的功能。
  • 同步：各种操作的顺序。
• 接口（访问服务点SAP）：上层使用下层服务的入口。
  • 接口连接的是相邻层次。
• 服务：下层为相邻上层提供的功能调用。是垂直方向的。
  • 上层使用下层提供的服务。
  • 第n层向n+1层提供服务时，不仅包括第n层本身的功能，还包括下面所有层次所提供的所有功能。
  • 本层所提供服务细节对上一层完全屏蔽。
• SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传输的数据。即要传输的目的数据。
• PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。即协议控制头。
• FDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。
  • 本层次：PCI+SDU=PDU。
  • 下层次：PC+SDU=SDU。

OSI参考模型

为一个法定标准，但是没有实现。为ISO于1984年提出的开放系统互连模型。

名称	英文名	作用
应用层	Application Layer	直接为用户的应用进程（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务；HTTP、SMTP、FTP、DNS
表示层	Presentation Layer	数据格式转换；加密和解密；数据压缩和恢复；JPEG、ASCII
会话层	Session Layer	负责在数据传输中建立和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接（会话）；使用校验点同步（SYN）或恢复通信；ADSP、ASP
传输层	Transport Layer	负责端到端通讯；可靠传输，不可靠传输 ；差错控制；流量控制；复用分用；TCP、UDP
网络层	Network Layer	传输分组，单位是数据报；路由选择；流量控制；差错控制；规划IP地址(ipv4和ipv6变化只会影响网络层)；拥塞控制；IP、ICP、IGMP、ARP、RARP、OSPF
数据链路层	Data Link Layer	将数据报组装成帧，传输单位为帧；成帧（帧的开始和结束）；透明传输；差错校验(一般丢弃，纠错由传输层解决)；流量控制；访问（接入）控制（控制信道的控制）；SDLC、HDLC、PPP、STP
物理层	Physical Layer	简单将数据转变为物理电信号，在物理媒体上实现比特流的透明传输，传输单位为比特；定义接口特性；定义传输模式（单工、半双工、双工）；定义传输速率；比特同步；比特编码；Rj45、802.3

端系统一般都是七层，而中间系统如路由器等最多只有三层。上面四层是端到端的通信，而下面三层是点到点的通信。

TCP/IP参考模型

先有协议栈才有参考模型。

OSI与TCP/IP的联系

• 应用层：应用层+表示层+会话层；HTTP、FTP、DNS
• 传输层：传输层；TCP、UDP
• 网际层：网络层；IP
• 网络接口层：数据链路层+物理层；Ethernet、ATM、Frame Relay

面向连接与无连接

面向连接：

• 发出请求，建立连接
• 传输数据
• 释放连接

无连接直接传输数据。

	OSI参考模型	TCP/IP模型
传输层	面向连接	无连接+面向连接
网络层	无连接+面向连接	无连接

五层参考模型

应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。