計算機網路1————基礎概念和協議分層

文章目錄

• 計算機網路1————基礎概念和協議分層
• 一.計算機網路基礎
• 1.計算機網路
• 2.因特網的結構
• 3.端系統執行程式之間的通訊方式
• 二.協議分層
• 1.協議分層的好處
• 2.相關概念
• 3.OSI參考模型
• 4.TCP/IP模型
• 5.原理體系模型
• 6.原理體系模型各層資料傳遞的單位
• 7.一張非常強大的OSI七層模型圖解
• 三.計算機網路效能指標
• 1.速率
• 2.頻寬
• 3.吞吐量
• 4.時延
• 5.時延頻寬積
• 6.丟包率
• 四.參考資料

一.計算機網路基礎

1.計算機網路

計算機網路將各種計算機通過通訊路線和網路裝置互聯起來，以方便使用者共享資源和相互通訊。

網路主要有若干結點和連線這些結點的鏈路組成。結點：計算裝置(端系統，中間結點)。鏈路：物理媒體(路徑,跳)

具體的節點和鏈路含義可以看下面

2.因特網的結構

因特網的結構分為：

• 網路邊緣：端系統(與其上的應用)
• 網路核心：網路核心是為網路邊緣提供連通性和交換服務，主要由大量網路和連線這些網路的路由器組成
• 接入網：連線兩者的通訊鏈路（撥號接入，DSL接入，無線接入，無線接入）

上面這種結構遵循“端到端原則”。其特點是：邊緣智慧，核心簡單，即將複雜的網路處理功能(如差錯控制，流量控制功能，安全保障和應用等)置於網路邊緣。將相對簡單的分組交付功能(如分組的選路和轉發功能置於網路核心)。

這樣帶來的好處：可以將軟體和硬體分開，從不同方面來進行提升

• 核心:發展高速通訊技術
• 邊緣:利用TCP/IP的api，方便的再端系統中的設計各種的新型網路應用

3.端系統執行程式之間的通訊方式

在網路邊緣的端系統之中執行的程式可以分為兩大類：

• 客戶伺服器方式(C/S方式)
• 對等方式(p2p方式)

c/s方式:

p2p方式:

二.協議分層

1.協議分層的好處

• 可以只關注一個大而複雜的系統的一個明確的部分
• 對於大而複雜且需要不斷更新的系統，某個層次進行改變後，不會應行該系統的其他部分。即各層之間相對獨立，易於實現和維護。
• 能促進標準化工作

2.相關概念

a.協議
協議即為進行網路資料交換而建立的規則，標準和約定。
協議有三個要素組成：

• 語法：語法規則定義了所交換資訊的格式。
• 語義：語義規則定義了傳送者或者接收者所要完成的操作
• 同步：即事件實現順序的詳細說明

b.體系結構
計算機網路各層及其協議的集合稱為網路的體系結構，即計算機網路及其部件所應完成的功能精確定義。而實現是指，在這種體系結構下，用何種軟體或者硬體實現這些功能。

c.服務
在協議的控制下，兩個對等實體之間通訊可以使得本次向上一層提供服務。要實現對等實現間的通訊，還需要使用下一層提供的服務。

3.OSI參考模型

計算機網路體系結構有兩種國際標準：

• 一種是國際標準OSI標準，但未得到市場的認可
• 一種是非國際標準TCP/IP，得到了市場的廣泛認可，可用看做事實上的國際標準

下圖就是OSI七層模型的框架

a.OSI的來源
OSI即開發式網際網路互聯，一般都叫OSI參考模型，是ISO組長在1985年提出的。

b.OSI七層模型的劃分
OSI定義了網路互聯的七層框架：物理層，資料鏈路層，網路層，傳輸層，會話層，表示層，應用層。

c.各層功能定義

• 應用層：OSI中最靠近使用者的一層，是為計算機使用者提供應用介面，也為使用者直接提供各種網路服務。
• 表示層：表示層提供各種用於資料層的編碼和轉換功能，確保一個系統的應用層傳送的資料可以被另一個系統的應用層識識別。同時也可以進行加解密，壓縮解壓縮。
• 會話層：不同機器上的使用者之間建立和管理會話。該層的通訊由不同裝置的應用程式之間的服務請求和響應組成。
• 傳輸層：傳輸層建立了主機端到端的連線，傳輸層的作用是為上層協議提供端到端的可靠和透明資料傳輸服務，包括處理差錯和流量控制等問題。TCP UDP就在這一層
• 網路層：這一層是通過IP定址來建立兩個節點之間的連線，為源端的傳輸層送來的分組，選擇合適的路由和交換節點，正確無誤的按照地址送給目的端的傳輸層，也就是常說的IP層.
• 資料鏈路層：物理定址，同時將原始位元流轉換為邏輯傳輸線路層
• 物理層：最終的訊號的傳輸都是通過物理層來實現的。通過物理介質傳輸位元流。建立的裝置有：集線器，中繼器，雙絞線，同軸電纜等

4.TCP/IP模型

a.TCP/IP協議和OSI參考模型的關係

b.TCP/IP主要的協議棧

5.原理體系模型

為了描述方便，一般將OSI參考模型和TCP/IP模型結合起來，採用原理五層模型

6.原理體系模型各層資料傳遞的單位

7.一張非常強大的OSI七層模型圖解

三.計算機網路效能指標

1.速率

位元，位(bit)資訊理論中使用的資訊量的單位，表示資訊的最小單位。一個位元就是二進位制數字的一個1或者0，一般用b表示，有時也用bit表示.

位元組(Byte)，一位元組等於8位元。一般用B表示，有時也用byte表示，即1B = 8b（bit）

速率即資料率或者位元率，單位是b/s (或者bit/s，有時也寫作bps)

2.頻寬

在計算機網路中頻寬是指 “鏈路”在一定時段內所能傳輸的位元數的額定值，即資料在通道上的傳送速率。習慣上作為資料通過網路傳輸的最高速率的同義詞。單位是b/s（或kb/s,Mb/s,Gb/s）

注意，頻寬並不是指同一時刻傳送的位元數目，因為通訊路線上的位元流都是序列的，所以頻寬的提高並不是指增大某個時刻的同時傳送出去的位元數目,也不是讓位元在通道上跑的更快，而是指減少每個位元佔用的時間或者說單位時間內傳送的位元數增多。

3.吞吐量

• 吞吐量表示單位時間內，無差錯的通過某個網路的資料量。
• 吞吐量更經常的用於對現實世界網路中的一種測量，以便知道實際上到底有多少資料量能通過網路
• 吞吐量取決於沿途各路徑的可用頻寬（頻寬-干擾流量），而且取決於端到端路徑上最小可用頻寬。

4.時延

單項時延：一個分組從網路的一端傳到另一端所需要的時間
往返時延：傳送方傳送資料開始，到傳送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間。

分組從源結點出發，經過一系列的中間結點，到達目的端，分組在沿途經歷一下面幾種型別的時延：

a.傳播時延
電磁波在通道中傳播一定的距離而花費的時間
$傳播時延 = \frac{結點之間的距離}{傳播速率}$

b.傳送時延
資料塊從節點進入傳輸媒體所需要的時間，或者說資料塊從第一塊位元開始傳送算起，到最後一個位元傳送完畢所需要的間
$傳送時延 = \frac{資料塊長度(bit)}{頻寬(bit/s)}$

c.處理時延
（幾微妙級或者更少）
路由器在收到分組時要花費一定的時間進行處理：

• 分析分組的首部
• 提取分組的資料部分
• 差錯交驗
• 查詢路由

d.排隊時延
（微妙級到毫秒級）
排隊時延是指結點快取佇列中分組排隊所經歷的時延

所以總時延
$總時延 = 傳送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延$
而在一般計算中，常忽略處理時延和排隊時延。
例題：

5.時延頻寬積

時延頻寬積標識傳送端連續傳送資料，當第一個位元即將到達終點時，傳送端已經發送到鏈路上的位元量，代表某一個鏈路所能容納的位元數。

$時延頻寬積 = 傳播時延 \times 頻寬$

關於時延頻寬積一個比較形象的比喻

6.丟包率

丟包率是指在一定的時段內，在兩結點之間傳輸過程中丟失分組數量和總的分組傳送數量的比率。

丟包的主要原因：路由器無法容納到達的分組，只能丟棄。

四.參考資料

《計算機網路：原理與實踐》