體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)用層：使用的各種應(yīng)用要用什么樣的應(yīng)用協(xié)議，協(xié)議是什么工作原理，萬維網(wǎng)-http，電子郵件- SMTP、POP3等，文件傳輸-FTP 對(duì)應(yīng)到寄快遞，就是準(zhǔn)備好要郵寄的物品

傳輸層：網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層只是準(zhǔn)備好自己的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，傳輸層會(huì)把這些數(shù)據(jù)交給專門的傳輸層，提供一些可靠性高或者低的服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)做一些檢查，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有問題的話協(xié)調(diào)上下通信的鏈條等等 把郵寄的物品交給郵政公司，公司對(duì)包裹進(jìn)行一個(gè)簡單的檢查和打包

網(wǎng)絡(luò)層：選擇路徑 寄包裹時(shí)要運(yùn)輸，根據(jù)目的地或者大小進(jìn)行分揀，選擇運(yùn)輸工具以及走哪條路

數(shù)據(jù)鏈路層與局域網(wǎng)：實(shí)現(xiàn)物理層的傳輸比特流的功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀的可靠傳輸功能 卡車司機(jī)或者快遞小哥

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基本概念

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)】： 是利用通信設(shè)備與通信鏈路或者通信網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)位置不同、功能自治的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并遵循一定的規(guī)則實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間信息交換。

概括性的定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是互連的、自治的計(jì)算機(jī)的合集。

【協(xié)議】： 網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體之間在數(shù)據(jù)交換過程中需要遵循的規(guī)則或約定，包括三個(gè)基本要素：語法、語義、時(shí)序；

• 語法： 實(shí)體之間交換信息的格式與結(jié)構(gòu) 【以寄信為例：寄信結(jié)構(gòu)，左上角填寫收信人郵編，右下角填寫寄信人右邊，中間填寫地址和姓名】
• 語義： 實(shí)體之間交換的信息中需要發(fā)送或者包含哪些控制信息，這些信息具體的含義，以及針對(duì)不同含義的控制信息，接收信息端如何響應(yīng) 【郵編代表某個(gè)地方】
• 時(shí)序： 實(shí)體之間交換信息的順序以及如何匹配或者適應(yīng)彼此的速度 【寄信順序：寫信--送到郵局--郵局處理--對(duì)方收到信--對(duì)方回應(yīng)】

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能】：

• 硬件資源共享：云平臺(tái)的計(jì)算能力，存儲(chǔ)能力
• 軟件資源共享：云平臺(tái)的軟件信息
• 信息資源共享

【計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類】：

• 按覆蓋范圍分類：

  • 個(gè)域網(wǎng)：范圍幾米，比如藍(lán)牙
  • 局域網(wǎng)：幾十米到幾百米，比如辦公室wifi
  • 城域網(wǎng)：幾十公里，城市
  • 廣域網(wǎng)：范圍更大，城市到城市

• 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（物理形態(tài)以什么樣的形式把設(shè)備連接起來）：

  • 星形：容易進(jìn)行管理和控制，出現(xiàn)故障容易隔離；所有設(shè)備都依賴于中心節(jié)點(diǎn)中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障后整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓；線路多，費(fèi)用高。
  • 總線形狀：BUS，構(gòu)造簡單；網(wǎng)絡(luò)性能低；故障難以診斷，也難以隔離
  • 環(huán)形：構(gòu)造簡單，故障難以診斷，難以隔離；增加新結(jié)點(diǎn)或者刪除舊結(jié)點(diǎn)比較復(fù)雜
  • 網(wǎng)狀：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信時(shí)有很多條路徑，比較復(fù)雜；管理不方便，造價(jià)高
  • 樹形：星形結(jié)構(gòu)的組合，特征和星形結(jié)構(gòu)一樣
  • 混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：兼有這幾種網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，但是更加復(fù)雜

• 按交換方式：

  • 電路交換網(wǎng)絡(luò)：固定電話
  • 報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)：電報(bào)
  • 分組交換網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)在常用的一種

• 按網(wǎng)絡(luò)用戶屬性：

  • 公用網(wǎng)：移動(dòng)、聯(lián)通等等
  • 私用網(wǎng)：辦公室wifi等等

2、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

• 1、網(wǎng)絡(luò)邊緣

  使用的各種運(yùn)行數(shù)據(jù)處理的設(shè)備，比如電腦、手機(jī)、終端；連接到網(wǎng)絡(luò)上的所有端系統(tǒng)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)邊緣，也稱為資源層。

• 2、接入網(wǎng)絡(luò)：接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)核心的連接與接入

  • 電話撥號(hào)
  • 非對(duì)稱用戶數(shù)字線ADSL，速度比電話撥號(hào)塊，實(shí)際上用的還是電話線路，但是是電話的物理線路，和電話撥號(hào)是不同的信道
  • 混合光纖同軸電纜HFC
  • 局域網(wǎng)
  • 移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)通信技術(shù)

• 3、網(wǎng)絡(luò)核心

  網(wǎng)絡(luò)核心是由通信鏈路互連的分組交換設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)邊緣中主機(jī)之間的數(shù)據(jù)中繼與轉(zhuǎn)發(fā)；主要是進(jìn)行通信交換的通信節(jié)點(diǎn)，只進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，不進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，也不提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的是網(wǎng)絡(luò)邊緣（服務(wù)器，電腦，終端）--也稱為通信層

3、數(shù)據(jù)交換技術(shù)

3.1、數(shù)據(jù)交換技術(shù)的演變

數(shù)據(jù)交換技術(shù).jpg

• 最早期：通過線路直接把點(diǎn)連接起來，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)想要通信，必須有線路進(jìn)行連接，線路數(shù)量大，成本高；
• 中期：通過一個(gè)交換設(shè)備把其他節(jié)點(diǎn)連接起來，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)交換的概念；缺點(diǎn)：交換設(shè)備的端口有限，能連接的設(shè)備也有限，規(guī)模較小，在局域網(wǎng)中經(jīng)常使用，如果要建立一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)是完全不夠的；
• 后期：在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，使用很多交換節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)形成的子網(wǎng)，需要進(jìn)行通信的某一個(gè)主機(jī)或者終端連接到某一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)上即可。

3.2、交換技術(shù)

• 1、電路交換：在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，首先需要通過中間交換節(jié)點(diǎn)為兩臺(tái)主機(jī)之間建立一條專用的通信線路（建立連接的過程就是撥號(hào)），稱為電路，然后利用該電路進(jìn)行通信，通信結(jié)束后再拆除電路。

電路交換.jpg

優(yōu)點(diǎn)：實(shí)時(shí)性高，時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)都較小；缺點(diǎn)：對(duì)于突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸，信道利用率低（沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，仍要占用信道，比如打開一個(gè)網(wǎng)頁，打開的一瞬間要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但是閱讀的時(shí)候并不需要數(shù)據(jù)傳輸，卻仍在占用信道），傳輸速率單一。

• 2、報(bào)文交換：以報(bào)文為單位在交換網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間以存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳送。
  發(fā)送數(shù)據(jù)不用事先撥號(hào)，不需要建立連接，直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到最近的交換節(jié)點(diǎn)；只有當(dāng)報(bào)文被轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候才占用相應(yīng)的信道，不會(huì)獨(dú)占信道，成本低；交換節(jié)點(diǎn)需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，增加了延時(shí)（傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候，中間節(jié)點(diǎn)需要把整個(gè)報(bào)文依次接收然后存儲(chǔ)下來，接收存儲(chǔ)完整的節(jié)點(diǎn)之后，才會(huì)向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交付，這個(gè)過程就叫做存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)）

• 3、分組交換：這是現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的主要通信方式，借鑒了報(bào)文交換的存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)的方式，區(qū)別在于分組交換是將一個(gè)完整報(bào)文拆分成若干個(gè)分組，每次向交換節(jié)點(diǎn)傳送一個(gè)分組，交換節(jié)點(diǎn)每次接收一個(gè)分組（過程：接收第一個(gè)分組，存儲(chǔ)第一個(gè)分組，轉(zhuǎn)發(fā)第一個(gè)分組的同時(shí)接收第二個(gè)分組）

  優(yōu)點(diǎn)：交換設(shè)備存儲(chǔ)容量要求低；交換速度快；可靠傳輸效率高；更加公平
  分組長度的確定：與延遲時(shí)間和誤碼率有關(guān)。

4、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能，指標(biāo)如下：

• 1、速率與帶寬：速率是指網(wǎng)絡(luò)單位時(shí)間內(nèi)傳送的數(shù)據(jù)量，也稱為數(shù)據(jù)傳輸速率或者數(shù)據(jù)速率。速率的基本單位是bit/s（位每秒，bps）；在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)也會(huì)用帶寬這一術(shù)語描述速率；帶寬原本是指信號(hào)具有的頻帶寬度，即信號(hào)成分的最高頻率與最低頻率之差，單位為Hz（赫茲）

• 2、時(shí)延：時(shí)延是指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)結(jié)點(diǎn)（主機(jī)或交換設(shè)備）到達(dá)另一結(jié)點(diǎn)所需要的時(shí)間；分組的每條傳輸過程主要產(chǎn)生四類時(shí)間延遲：結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延（結(jié)點(diǎn)要接收、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)）、排隊(duì)時(shí)延（到了某個(gè)結(jié)點(diǎn)，若它有數(shù)據(jù)沒處理完，則需要排隊(duì)）、傳輸時(shí)延（傳輸率，數(shù)據(jù)全部發(fā)送到線路上需要多久時(shí)間，類比，搬運(yùn)工人花多久時(shí)間把物體搬到傳輸帶上）、傳播時(shí)延（從a到b的傳輸時(shí)間，即從傳送帶這頭到那頭的傳輸時(shí)間）。

• 3、時(shí)延帶寬積：一段物理鏈路的傳播時(shí)延與鏈路帶寬的乘積。表示這一段鏈路可以容納的數(shù)據(jù)位數(shù)。也稱為以位為單位的鏈路長度。

• 4、丟包率：丟包率常被用于評(píng)價(jià)和衡量網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，在很大程度上反映網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度（分組傳輸?shù)侥硞€(gè)結(jié)點(diǎn)后，按理說應(yīng)該被接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，但是網(wǎng)絡(luò)很擁堵，該結(jié)點(diǎn)能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)有限，新來的分組沒有辦法進(jìn)行存儲(chǔ)和排隊(duì)，就會(huì)把該分組丟掉，在網(wǎng)絡(luò)上就丟失了，永遠(yuǎn)無法到達(dá)終點(diǎn)）；丟包率=丟失分組總數(shù)/發(fā)送分組總數(shù)。

• 5、吞吐量：單位時(shí)間內(nèi)源主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)向目的地主機(jī)實(shí)際送達(dá)的數(shù)據(jù)量；經(jīng)常用于度量網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸能力，即網(wǎng)絡(luò)實(shí)際可以到達(dá)的源主機(jī)到目的主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸速率。

5、*計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分層體系結(jié)構(gòu)：

1）分層思想：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成的所有功能可以劃分為若干層，每層完成一部分子功能，每層在完成相應(yīng)功能時(shí)與另一通信實(shí)體的相同層按照某種協(xié)議進(jìn)行信息交換。

2）體系結(jié)構(gòu)定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所劃分的層次以及各層協(xié)議的集合稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

OSI參考模型（國際標(biāo)準(zhǔn)）
應(yīng)用層--表示層--會(huì)話層--傳輸層--網(wǎng)絡(luò)層--數(shù)據(jù)鏈路層--物理層。

TCP/IP參考模型（實(shí)際廠商都是按照這個(gè)模型進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的）

TCPIP.jpg

對(duì)應(yīng)：網(wǎng)絡(luò)接口層--物理層和數(shù)據(jù)鏈路層 實(shí)現(xiàn)物理層的傳輸比特流的功能 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的點(diǎn)到點(diǎn)的數(shù)據(jù)幀的可靠傳輸功能
網(wǎng)際層--網(wǎng)絡(luò)層 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間從源主機(jī)到目的主機(jī) 路徑選擇的功能
運(yùn)輸層--傳輸層 復(fù)用、分用、可靠傳輸
應(yīng)用層--會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層 應(yīng)用功能

五層參考模型（理論）：7層太多太細(xì)，4層太少，于是理論上有了五層參考模型。
應(yīng)用層（報(bào)文）--傳輸層（段）--網(wǎng)絡(luò)層（數(shù)據(jù)報(bào)）--鏈路層（幀）--物理層（比特）