计算机网络
2017-05-07 22:09
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计算机网络 = 通信技术 + 计算机技术
1.计算机网络定义
2.什么是 Internet
3.什么是网络协议
4.协议
5.计算机网络结
6.Internet 结构
7.数据交换—电路交换
8.多路复用
9.计算机网络性能
10.时延带宽积
11.分组丢失(丢包)
12.吞吐量/率
13.计算机网络的体系结构
14.OSI参考模型
15.TCP/IP参考模型
16.5层参考模型
17.网络应用
18.Web应用
19.
1.计算机网络定义
定义:计算机网络就是互联的、自治的计算机集合 (1)自治:无主从关系(某一个计算机不能控制另外一个计算机) (2)互联:互联互通(计算机之间要互联互通) 通信链路(光线|同轴电缆|双角线|无线信号|卫星等)|(不可能直连所有的网络设备) *距离远,数量大如何保证互联 通过交换网络(重要的是:交换节点(路由器|交换机)) *计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物 *通信系统的模型: 信源——>发送设备——>信道(可能会受到噪声源的干扰)——>接受设备——>信宿 *计算机网络就是一种特殊的通信网络(特殊之处在于,信源和信宿就是我们通常说的计算机,发出的信息通常就是一些数字化信息)
2.什么是 Internet
(1)组成细节 *全球最大的互联网络 ISP(Internet Service Provider)网络互联的"网络之网络" *概念:数以百万计的互联的计算设备的集合 主机 = 端系统 运行各种网络应用 *通过通信链路相连 *实现数据的分组交换:转发分组(数据包) 实现其最重要的设备:路由器和交换机 (2)服务角度 *为网络基础提供服务的通信基础设施 web|网络游戏等 *为网络应用提供编程接口(API) 支持程序"链接" Internet,发送/接受数据 类似于邮政系统的数据传输服务 (3)问题 仅由硬件(主机、链路、路由器 . . .)链接,Internet 能否顺畅运行?能保证数据交付吗?...... 答案:NO 需要网络协议
3.什么是网络协议
概念:网络协议简称为协议,是为了进行网络中的数据交换而建立起来的规则、标准或约定 协议规定了通信实体之间所交换信息的格式、意义、顺序及针对收到信息或发生事件所采取的动作 协议是计算机网络有序运行的重要保证 *硬件(主机、路由器、通信链路等)是计算机网络的基础 *计算机网络中的数据交换必须遵守事先约好的规则 *如交通系统 任何通信或信息交换过程都需要规则
4.协议
*协议的三要素: (1)语法 数据与控制信息的结构或格式 信号电平 (2)语义 需要发出何种控制信息 完成何种动作以及作出何种响应 差错控制 (3)时序 事件顺序 *协议规范了网络中所有信息发送和接收过程 *学习网络的重要内容之一 *网络创新的表现形式之一 *Internet协议标准
5.计算机网络结
(1)网络边缘 主机(端系统) 位于网络边缘,运行程序如:web|email 工作模型: *客户—服务器应用模型(web应用|文件ftp传输等) *对等(P2P)应用模型:无专用服务器,通信在对等的实体之间直接进行(QQ|Skype|BT|Gnutella) 网络应用 *接入网络:数字用户线路(DSL)|电缆网络 都使用的是频分多路复用技术 (2)接入网络,物理介质 有线或无线通信链路 (3)网络核心(核心网络) *解决的问题是:将数据从源主机通过网络核心送达目的主机(利用数交换) 关键功能:路由 + 转发 互联的路由器(或分组转发设备) 发送时根据本:地转发表(由路由算法组成)
6.Internet 结构
*端系统通过 ISP(access ISPs)连接到 Interne 家庭、公司和大学ISPs *接入ISP进一步互相连接 这样任意两个主机才可以互相发送分组 *构成复杂的网络互联网络
7.数据交换—电路交换
交换:动态转接 |动态分配传输资源 数据交换类型: (1)电路交换 典型:电话网络最典型 电路交换的三个阶段: 建立连接(呼叫/电路建立)—通信—释放连接(拆除电路) *最显著的特点:资源独占(两个人在通话个过程中所占用的链路资源不能被第三方所共享) *多路复用:中继线被共享 (2)报文交换 *源(应用)发送信息的整体 (3)分组交换:统计多路复用 *特点:A&B分组序列不确定,按需共享链路 *存储——转发 的过程 *报文拆分出来的一系小的数据包 *分组交换需要报文的拆分与重组 *产生额外开销 #报文交换和分组交换均采用存储——转发交换方式 *区别:报文交换以完整的报文进行,分组交换需要将报文进行拆分 Question:存储——转发模式交换,哪种交换方式更好呢? 报文交换 VS 分组交换 (1)分组交换(并行的)更省时,并且所需存储空间小 分组交换 VS 电路交换 (1)分组交换允许更多用户同时使用网络(资源共享率更高) 分组交换: *更适用于突发数据传输网络 资源充分共享 简单,无需呼叫建立 *可能产生拥塞:分组延迟或者丢失 需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制
8.多路复用
*简称复用,是通信技术中的基本概念(实现信道共享) (1)频分多路复用(FDM) 各用户占用不同的带宽(频率带宽:HZ而不是数据发送速率)资源 将信道资源在频率上进行划分(有线电视网络) (2)时分多路复用(TDM) 将时间划分为一段段等长的时分复用帧,每个用户在每个TDM中帧中占用固定序号的时隙 每用户所占用的时隙是周期性的出现(其周期就是TDM帧的长度) (3)波分多路复用(WDM) *就是光的频分复用 (4)码分多路复用(CDM) *广泛应用于无线链路的共享(如蜂窝网,卫星通信等) *各用户使用相同频率载波,利用各自码片序列编码数据 *编码信号:原始数据 * 码片序列 *各个用户的码片序列必须相互正交
9.计算机网络性能
(1)速率:即数据率|数据传输速率|比特率 *单位时间(秒)传输信息(比特)量 *计算机网络中最重要的一个性能指标 *单位:b/s | kb/s | Mb/s | Gb/s (2)速率往往是指额定速率或者标称速率 (3)带宽:最高频率与最低频率之差,单位(Hz) (3)网络的带宽通常是指数字信道所能传输的最高速率(单位:b/s(bps)) 常用的带宽单位:kb/s | Mb/s | Gb/s | Tb/s (4) Question:分组交换为什么会发生丢包和时延? (1)分组在路由缓存中排队 *分组到达速率超出链路容量时 *分组排队,等待输出链路可用 (2)结点处理延迟 | 排队延迟 | 传输延迟 | 传播延迟
10.时延带宽积
时延带宽 = 传播时延 × 带宽 又称为以比特为单位的链路长度
11.分组丢失(丢包)
*队列缓存容量有限 *分组到达已满队列将被丢弃(即丢包) *丢弃分组可能由前序节点或源重发(也可能不重发) *丢包率 = 丢包数/已发分组总数
12.吞吐量/率
*吞吐量:表示在发送端与接收端之间传递数据速率(b/s) 即时吞吐量:给定时刻的速率 平均吞吐量:一段时间的平均速率
13.计算机网络的体系结构
*网路体系结构是从功能上描述计算机网络结构的 *简称为网络体系结构,是分层结构 (1)为什么要采用分层结构? 利: 结构清晰,有利于识别复杂系统的部件及其关系 模块化的分层更易于系统更新、维护 有利于标准化 *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 *体系结构是一个计算机网络的功能和层次及其关系的定义 *体系结构是抽象的 (1)实体:表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程 (2)协议:是控制两个对等实体进行通信规则的 bcd8 集合,协议是'水平的' (3)任一层实体需要使用下层服务,遵循本层协议,实现本层功能,向上层提供服务,服务是'垂直的' (4)下层协议的实现对上层服务用户是透明的 (5)同系统的相邻层之间是通过接口进行交互,通过服务访问点SAP,交换原语(指示|请求|访问|响应等),指定请求的特定服务
14.OSI参考模型
*开放系统互连(OSI)参考模型是由国际标准化组织(OSI)于1984年提出的分层网络体系结构模型,目的是支持异构网络互连系统的互联互通 *异构网络互联的国际标准 OSI七层(从上到下):每个层次完成特定的网络功能 主机A 中间系统 主机B 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 解释网络通信的过程: 主机要完成所有7层协议,中间系统需要完成三层(1|2|3) 4-7层成为端到端层 简述: ***非端到端实现的功能 1.物理层:实现每一个比特的传输 (1)定义规范接口特性(机械特性|电气特性|功能特性|规程特性) (2)比特编码 (3)定义传输速率 (4)解决比特同步:时钟同步 2.数据链路层功能:物理链路直接相邻的两个节点只见的数据传输 (1)负责结点-结点数据传输 (2)组帧:接收到数据流时,能分清楚数据 (3)物理寻址:在帧头中增加发送端和/或接受端的物理地址标识数据帧的发送端和/或接受端 (4)流量控制:避免淹没接受端 (5)差错控制:检测并重传破损或丢失帧,并避免重复帧 (6)访问(接入)控制:在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用全 3.网络层功能:从源主机到目的主机可以跨越网络跨越多个链路数据分组的传输/交互 (1)负责源主机到目的主机数据分组交付:可穿过多个网络层 (2)逻辑寻址:全局为一的逻辑地址,确保数据分组被发送到目的主机,如IP (3)路由:选择路径|路由器(或网关)互联网络,并路由分组至最终目的主机 (4)分组转发 ***端到端实现的功能 4.传输层:负责源-目的(端-端)(进程空间)完整报文传输 (1)分段与重组 (2)SAP寻址:确保将完整报文交给正确进程,如端口号 (3)链接控制:端到端的链接控制 (4)流量控制 (5)差错控制 5.会话层: (1)对话控制:建立|维护 (2)同步:在数据流中插入'同步点' (3)最宝的一层 6.表示层功能:处理两个系间交换信息的语法与语义问题 (1)数据表示转化:转化为独立的编码 (2)加密|解密 (3)压缩|解压缩 7.应用层:支持用户通过用户代理(如浏览器)或网络接口使用网络(服务) (1)典型的应用层服务:FTP(文件传输)|SMPT(电子邮件)|HTTP(WEB)等 (2)问什么要进行数据封装? 增加控制信息:构造协议数据单元(PDU) 控制信息主要包括:地址(标识发送端|接受端)、差错检测编码(用于差错检测或纠正)、协议控制(实现协议附加信息,如:优先级|服务质量|安全控制等)
15.TCP/IP参考模型
四层(从上到下): 4.应用层 3.运输层 2.网际层 1.网络接口层
16.5层参考模型
***现实中所运用的 综合OSI和TCP/IP的优点 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 **功能: 应用层:支持各种网络应用(HTTP|SMPT|FTP) 传输层:进程-进程的数据传输(TCP|UDP) 网络层:源主机到目的主机的数据分组与转发(IP协议|路由协议等) 链路层:相邻网络的元素(主机|交换机|路由器等)的数据传输(以太网|WIFI|PPP) 物理层:比特传输
17.网络应用
(1)客户机|服务器(C/S) 服务器: *7*24小时提供 *永久性的访问地址/域名 *利用大量服务器实现可扩展性 客户机: *与服务器通信,使服务器提供服务 *间接性接入网络 *可能使用动态IP地址 *不会与其它客户机直接通信 WEB典型的C/S结构 (2)P2P(点对点结构) *没有永远在线的服务器 *任意端系统/结点 *节点间歇性接入网络 *节点可能改变IP地址 文件共享是典型的P2P结构 (3)混合结构 *Napster: 文件传输使用P2P结构 文件搜索采用C/S结构——集中式 每个节点向中央服务器登记自己的内容 每个节点向中央服务器提交查询请求,查找感兴趣的内容 1.网络应用与单机应用有哪些本质性的不同? 2.网络应用采取什么样的体系结构? 3.P2P和C/S相比最大的优点是什么? 优点:高度可伸缩 缺点:难与管理 **网络应用的服务需求 网络应用遵循应用层协议 (1)可靠性/数据丢失 某些网络能够容忍一些数据的丢失:网络电话 某些网络要求100%可靠的数据传输:文件传输|telent (2)带宽 某些网络应用只有在带宽达到最低要求时才'有效':网络视频 某些应用能够适应任何带宽——弹性应用:email (3)时延 有些应用只有在延迟足够时才'有效' 网络电话|网络游戏 (4)安全性 **Internet传输层服务模型 (1)TCP *面向链接:客户机|服务器间进程需要建立连接 *可靠的传输 *流量控制:发送方不会发送速度过快超过接收方的处理能力 *拥塞控制:当网络负载过重时能够限制发送方的发送速度 *不提供时间|延迟的保障 *不提供最小宽带保障 (2)UDP *无连接 *不可靠的数据传输 *不提供 可靠性保障 流量控制 拥塞控制 延迟保障 带宽保障 **特定网络应用及协议 (1)HTTP (2)SMTP | POP | IMAP (3)P2P应用 **网络应用的基础:进程间通信 (1)进程:主机上运行的程序 (2)同一主机上的进程之间是如何通信? 进程间的通信机制 操作系统提供 (3)不同一主机上的进程之间是如何通信? 消息|报文交换 客户机进程:发起通信的进程 服务器进程:等待通信请求的进程 **Socket(套接字)编程(网络应用的开发) 进程之间通信利用socket发送/接收消息实现|类似于寄信|传输基础设施向进程提供API 进程的标识符:IP地址+端口号 (1)TCP (2)UDP
18.Web应用
*构成要素:网页|网页互相链接 *网页包含多个对象 对象:HTML文件(超文本文件)|JPEG图片|视频文件|动态脚本 基本HTML文件:包含其它对象引用的链接 *对象的寻址 URL:统一资源定位器 Scheme://host:port/path *遵循HTTP协议 HTTP:超文本传输协议:C/S结构 | 采用客户机——服务器架构(请求|接收|解析|展示web对象)| 服务器——Web Server(响应客户的请求,发送对象) *使用TCP传输服务 服务器在80端口等待客户请求 浏览器发起到服务器的TCP链接(创建套接字) 服务器接受来自浏览器的TCP链接 浏览器(HTTP客户端)与Web服务器(HTTP服务器)交换HTTP消息 关闭TCP链接 *无状态 服务器不维护任何有关客户端过去发请求的信息
19.
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