計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)把主機(jī)連接起來(lái),而互聯(lián)網(wǎng)是把多種不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái),因此互聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。


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2 ISP

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商 ISP 可以從互聯(lián)網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)獲得許多 IP 地址,同時(shí)擁有通信線(xiàn)路以及路由器等聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,個(gè)人或機(jī)構(gòu)向 ISP 繳納一定的費(fèi)用就可以接入互聯(lián)網(wǎng)。


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目前的互聯(lián)網(wǎng)是一種多層次 ISP 結(jié)構(gòu),ISP 根據(jù)覆蓋面積的大小分為第一層 ISP、區(qū)域 ISP 和接入 ISP。
互聯(lián)網(wǎng)交換點(diǎn) IXP 允許兩個(gè) ISP 直接相連而不用經(jīng)過(guò)第三個(gè) ISP。

3 主機(jī)之間的通信方式

客戶(hù)-服務(wù)器(C/S):客戶(hù)是服務(wù)的請(qǐng)求方,服務(wù)器是服務(wù)的提供方。
對(duì)等(P2P):不區(qū)分客戶(hù)和服務(wù)器。


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4 電路交換與分組交換

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(以上分別為:電路交換、報(bào)文交換以及分組交換)

4.1 電路交換

電路交換用于電話(huà)通信系統(tǒng),兩個(gè)用戶(hù)要通信之前需要建立一條專(zhuān)用的物理鏈路,并且在整個(gè)通信過(guò)程中始終占用該鏈路。由于通信的過(guò)程中不可能一直在使用傳輸線(xiàn)路,因此電路交換對(duì)線(xiàn)路的利用率很低,往往不到 10%。

4.2 報(bào)文交換

報(bào)文交換用于郵局通信系統(tǒng),郵局接收到一份報(bào)文之后,先存儲(chǔ)下來(lái),然后把相同目的地的報(bào)文一起轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)目的地,這個(gè)過(guò)程就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程。

4.3 分組交換

分組交換也使用了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),但是轉(zhuǎn)發(fā)的是分組而不是報(bào)文。把整塊數(shù)據(jù)稱(chēng)為一個(gè)報(bào)文,由于一個(gè)報(bào)文可能很長(zhǎng),需要先進(jìn)行切分,來(lái)滿(mǎn)足分組能處理的大小。在每個(gè)切分的數(shù)據(jù)前面加上首部之后就成為了分組,首部包含了目的地址和源地址等控制信息。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)允許在一條傳輸線(xiàn)路上傳送多個(gè)主機(jī)的分組,也就是說(shuō)兩個(gè)用戶(hù)之間的通信不需要占用端到端的線(xiàn)路資源。

相比于報(bào)文交換,由于分組比報(bào)文更小,因此分組交換的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)速度更加快速。

5 時(shí)延

總時(shí)延 = 發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 處理時(shí)延 + 排隊(duì)時(shí)延

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  • 發(fā)送時(shí)延:主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間。
  • 傳播時(shí)延:電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費(fèi)的時(shí)間,電磁波傳播速度接近光速。
  • 處理時(shí)延:主機(jī)或路由器收到分組時(shí)進(jìn)行處理所需要的時(shí)間,例如分析首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部、進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)或查找適當(dāng)?shù)穆酚傻取?/li>
  • 排隊(duì)時(shí)延:在路由器的輸入隊(duì)列和輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待的時(shí)間,取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的通信量。

6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

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6.1 五層協(xié)議

  • 應(yīng)用層:為特定應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),例如 HTTP、DNS 等。數(shù)據(jù)單位為報(bào)文。
  • 運(yùn)輸層:提供的是進(jìn)程間的通用數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。由于應(yīng)用層協(xié)議很多,定義通用的運(yùn)輸層協(xié)議就可以支持不斷增多的應(yīng)用層協(xié)議。運(yùn)輸層包括兩種協(xié)議:傳輸控制協(xié)議 TCP,提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),數(shù)據(jù)單位為報(bào)文段;用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 UDP,提供無(wú)連接、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),數(shù)據(jù)單位為用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)。TCP 主要提供完整性服務(wù),UDP 主要提供及時(shí)性服務(wù)。
  • 網(wǎng)絡(luò)層:為主機(jī)之間提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),而運(yùn)輸層協(xié)議是為主機(jī)中的進(jìn)程提供服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)層把運(yùn)輸層傳遞下來(lái)的報(bào)文段或者用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)封裝成分組。
  • 數(shù)據(jù)鏈路層:網(wǎng)絡(luò)層針對(duì)的還是主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),而主機(jī)之間可以有很多鏈路,鏈路層協(xié)議就是為同一鏈路的結(jié)點(diǎn)提供服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層把網(wǎng)絡(luò)層傳來(lái)的分組封裝成幀。
  • 物理層:考慮的是怎樣在傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流,而不是指具體的傳輸媒體。物理層的作用是盡可能屏蔽傳輸媒體和通信手段的差異,使數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異。

6.2 七層協(xié)議

其中表示層和會(huì)話(huà)層用途如下:

  • 表示層:數(shù)據(jù)壓縮、加密以及數(shù)據(jù)描述。這使得應(yīng)用程序不必?fù)?dān)心在各臺(tái)主機(jī)中表示/存儲(chǔ)的內(nèi)部格式不同的問(wèn)題。
  • 會(huì)話(huà)層:建立及管理會(huì)話(huà)。
    五層協(xié)議沒(méi)有表示層和會(huì)話(huà)層,而是將這些功能留給應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者處理。

6.3 數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程

  • 在向下的過(guò)程中,需要添加下層協(xié)議所需要的首部或者尾部,而在向上的過(guò)程中不斷拆開(kāi)首部和尾部。
  • 路由器只有下面三層協(xié)議,因?yàn)槁酚善魑挥诰W(wǎng)絡(luò)核心中,不需要為進(jìn)程或者應(yīng)用程序提供服務(wù),因此也就不需要運(yùn)輸層和應(yīng)用層。
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6.4 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)

它只有四層,相當(dāng)于五層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層合并為網(wǎng)絡(luò)接口層。
現(xiàn)在的 TCP/IP 體系結(jié)構(gòu)不嚴(yán)格遵循 OSI 分層概念,應(yīng)用層可能會(huì)直接使用 IP 層或者網(wǎng)絡(luò)接口層。

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TCP/IP 協(xié)議族是一種沙漏形狀,中間小兩邊大,IP 協(xié)議在其中占用舉足輕重的地位。

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