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計算機網路 —— 計算機網路概述

計算機網路基本概念

計算機網路

計算機網路是通訊技術與計算機技術緊密結合的產物,計算機網路就是一種通訊技術。
計算機網路重要特點:連通, 共享
因特網就是全世界最大的網際網路。
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ISP

端系統通過接入ISP(網際網路服務提供商,Internet Service Provider)連線到Internet。
比如移動,電信,聯通就是較大的ISP服務提供商。
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區域網 廣域網

區域網和廣域網是按規模大小而劃分的兩種計算機網路。範圍在幾千米以內的計算機網路統稱為區域網;而連線的範圍超過10千米的,則稱為廣域網,因特網(Intenet)就是目前最大的廣域網。
當元件的網路使用的廣域網技術時, 我們也可以將其為廣域網, 反之亦然。

重要國際機構與協議

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計算機網路結構

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網路邊緣

  1. 主機(端系統)
  2. 網路應用(客戶/伺服器模型、對等(peer-peer、P2P)應用模型)
  3. 接入網路
    有線或無線通訊鏈路,要把網路邊緣接入核心網(邊緣路由器)

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網路核心

互聯的路由器或分組轉發裝置
核心功能:路由(routing) + 轉發(forwarding)
路由:確定分組從源到目的的傳輸路徑,路由演算法得出轉發表、路由表
轉發:將分組從路由器的輸入埠換至正確的輸出埠

三種交換方式:電路交換,多路複用,報文與分組交換。

計算機網路效能

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效能指標

  1. 速率:資料率(data rate)、資料傳輸速率、位元率(bit rate)
    指單位時間傳輸資訊(位元)量
    單位:b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s
  2. 頻寬:bandwidth
    網路中的頻寬通常指數字通道所能傳送的最高資料率
    單位:b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s、Tb/s
  3. 延時(delay)/時延(latency)
    分組到達路由器後要在快取中排隊,當分組到達速率超出輸出鏈路容量時會發生丟包(loss);分組排隊,等待輸出鏈路可用時,會發生時延。
    四種分組延遲:
    結點處理延遲,nodal processing delay
    排隊延遲,queuing delay
    傳輸延遲,transmission delay
    傳播延遲,propagation delay
  4. 時延寬頻積
    時延寬頻積 = 傳播時延 * 頻寬
    又稱為以位元為單位的鏈路長度
    分組丟包
    佇列快取已滿時到達的分組將被丟棄,丟棄分組可能由前序結點或源節點重發,也可能不重發
    丟包率 = 丟包數 / 已發分組總數
  5. 吞吐量(Throughput)
    表示在傳送端與接收端之間傳送資料速度(b/s)
    即時吞吐量
    平均吞吐量
    非效能指標

網路的非效能指標
可維護性 可擴充套件性 費用 可靠性等

計算機網路體系結構

(1)物理層

物理層規定:為傳輸資料所需要的物理鏈路建立、維持、拆除,而提供具有機械的,電子的,功能的和規範的特性,確保原始的資料可在各種物理媒體上傳輸,為裝置之間的資料通訊提供傳輸媒體及互連裝置,為資料傳輸提供可靠的環境。

(2)資料鏈路層

主要提供鏈路控制(同步,非同步,二進位制,HDLC),差錯控制(重發機制),流量控制(視窗機制)

1) MAC:媒體接入控制,主要功能是排程,把邏輯通道對映到傳輸通道,負責根據邏輯通道的瞬時源速率為各個傳輸通道選擇適當的傳輸格式。MAC層主要有3類邏輯實體,第一類是MAC-b,負責處理廣播通道資料;第二類是MAC-c,負責處理公共通道資料;第三類是MAC-d,負責處理專用通道資料。

2)RLC:無線鏈路控制,不僅能載控制面的資料,而且也承載使用者面的資料。RLC子層有三種工作模式,分別是透明模式、非確認模式和確認模式,針對不同的業務採用不同的模式。

3)BMC:廣播/組播控制,負責控制多播/組播業務。

4)PDCP:分組資料匯聚協議,負責對IP包的報頭進行壓縮和解壓縮,以提高空中介面無線資源的利用率。

(3)網路層

提供阻塞控制,路由選擇(靜態路由,動態路由)等

1)IP:IP協議提供不可靠、無連線的傳送服務。IP協議的主要功能有:無連線資料報傳輸、資料報路由選擇和差錯控制。IP地址是重要概念

2)ARP:地址解析協議。基本功能就是通過目標裝置的IP地址,查詢目標裝置的MAC地址,以保證通訊的順利進行。乙太網中的資料幀從一個主機到達網內的另一臺主機是根據48位的乙太網地址(硬體地址)來確定介面的,而不是根據32位的IP地址。核心必須知道目的端的硬體地址才能傳送資料。P2P的連線是不需要ARP的。

3)RARP:反向地址轉換協議。允許區域網的物理機器從閘道器伺服器的 ARP 表或者快取上請求其 IP 地址。區域網閘道器路由器中存有一個表以對映MAC和與其對應的 IP 地址。當設定一臺新的機器時,其 RARP 客戶機程式需要向路由器上的 RARP 伺服器請求相應的 IP 地址。假設在路由表中已經設定了一個記錄,RARP 伺服器將會返回 IP 地址給機器。

4)IGMP:組播協議包括組成員管理協議和組播路由協議。組成員管理協議用於管理組播組成員的加入和離開,組播路由協議負責在路由器之間互動資訊來建立組播樹。IGMP屬於前者,是組播路由器用來維護組播組成員資訊的協議,運行於主機和和組播路由器之間。IGMP 資訊封裝在IP報文中,其IP的協議號為2。

5)ICMP:Internet控制報文協議。用於在IP主機、路由器之間傳遞控制訊息。控制訊息是指網路通不通、主機是否可達、路由是否可用等網路本身的訊息。這些控制訊息雖然並不傳輸使用者資料,但是對於使用者資料的傳遞起著重要的作用。

6) BGP :邊界閘道器協議。處理像因特網大小的網路和不相關路由域間的多路連線。

7)RIP:路由資訊協議。是一種分散式的基於距離向量的路由選擇協議。

(4)傳輸層

提供分割與重組資料,按埠號定址,連線管理差錯控制和流量控制,糾錯的功能。傳輸層要向會話層提供通訊服務的可靠性,避免報文的出錯、丟失、延遲時間紊亂、重複、亂序等差錯。

1)TCP: 一種面向連線的、可靠的、基於位元組流的傳輸層通訊協議。

2) UDP: 使用者資料報協議,一種無連線的傳輸層協議,提供面向事務的簡單不可靠資訊傳送服務。

3)RTP: 實時傳輸協議,為資料提供了具有實時特徵的端對端傳送服務,如在組播或單播網路服務下的互動式視訊音訊或模擬資料。

4)SCTP: 一個面向連線的流控制傳輸協議,它可以在兩個端點之間提供穩定、有序的資料傳遞服務。SCTP可以看做是TCP協議的改進,它繼承了TCP較為完善的擁塞控制並改進TCP的一些不足:

a. SCTP是多宿主連線,而TCP是單地址連線。

b.一個TCP連線只能支援一個流,一個SCTP連線可以支援多個流。

c.SCTP有更好的安全性。

(5)應用層

1)HTTP:超文字傳輸協議,基於TCP,是用於從WWW伺服器傳輸超文字到本地瀏覽器的傳輸協議。它可以使瀏覽器更加高效,使網路傳輸減少。

2)SMTP:簡單郵件傳輸協議,是一組用於由源地址到目的地址傳送郵件的規則,由它來控制信件的中轉方式。

3)SNMP:簡單網路管理協議,由一組網路管理的標準組成,包含一個應用層協議、資料庫模型和一組資源物件。

4)FTP:檔案傳輸協議,用於Internet上的控制檔案的雙向傳輸。同時也是一個應用程式。

5)Telnet:是Internet遠端登陸服務的標準協議和主要方式。為使用者提供了在本地計算機上完成遠端主機工作的能力。在終端使用者的電腦上使用telnet程式,用它連線到伺服器。

6)SSH:安全外殼協議,為建立在應用層和傳輸層基礎上的安全協議。SSH 是目前較可靠,專為遠端登入會話和其他網路服務提供安全性的協議。

7)NFS:網路檔案系統,是FreeBSD支援的檔案系統中的一種,允許網路中的計算機之間通過TCP/IP網路共享資源。