计算机网络组成和功能
组成:
从组成部分来看计算机网络:
由硬件,软件,协议组成
硬件:主机(端系统) ,通信设备(转发设备)和通信通路
软件:各种软件应用
协议:网络中通信的规则,由硬件和软件共同实现.
如:网络适配器(网卡)+软件实现网络通信协议
从工作方式来看计算机网络:
由网络边缘,网络核心,接入链路
网络边缘:一系列的端系统.由主机和软件构成,直接为用户提供服务
网络核心:大量的网络和路由器构成,保证连通性和交换服务
从逻辑功能上看计算机网络
由资源子网 和通信子网构成:
资源子网:计算机网络中运行应用程序，向用户提供可共享的硬件、软件和信息资源的部分。
主要由连接到互联网上的主机组成
通信子网:计算机网络中负责计算机间信息传输的部分。即把计算机和其他用户装置互连在一起的所有通信设备和介质的总称。主要由 通信链路+通信设备+协议 构成
注:主机内部实现信息传输的网络适配器、底层协议这些部分也属于通信子网的范畴
功能:
数据通信(最重要,最基本)
资源共享:
硬件资源共享:通过向服务器发送指令,利用服务器的硬件算力来完成
软件资源共享:app商城
数据资源共享:文档or视频等资源
分布式处理:将一个任务拆分给多个服务器来完成
提高可靠性:冗余备份
负载均衡:将数据处理的压力均摊到多个服务器
交换技术:电路,报文,分组交换
通信网络的发展史: 邮政网络,电话网络,电报网络->计算机网络
电话网络(电路交换):
电话通过电话交换机来实现两者之间的通信
整个过程:1,先建立连接.2,通信(会实现通信资源占用).3,释放连接(归还通信资源)
优点:独占资源带来了高性能
缺点:建立和释放连接需要时间;容易导致资源浪费,利用率低;线路分配灵活性差;可靠性低
电报网络(报文交换):
通过报文交换来实现数据交换
报文分为:控制信息和用户数据,
报文转发:先在传输的数据存储在中间节点后根据目标i地址再去传输
不需要提前建立连接,只需要
优点
1,无需建立连接
2,以报文为单位的在交换节点之间存储后转发,通信线路可以灵活的分配
3,不会独占任何一个物理线路,线路的利用率搞
4,传输过程中的交换节点支持差错控制,提高可靠性
缺点
1,如果资源的内存过大,会导致交换节点的缓存开销大
2,报文不是等长的,不方便存储和转发
3,如果长报文出错,会更容易出现重传
4,存储转发存在时延
分组交换技术
(将报文分为定长的分组,分组分为首部(源,目的地址和数据)
接收方接受的顺序不一定是原来的顺序,需要重新去排序
优点:
报文交换的优点 +
分组定长,更容易存储和转发
分组更小,存储和转发的缓存开销低
分组短,不容易出错,重传代价小
缺点:
多出来了很多控制信息(每个分组都需要一个控制信息)
分组会失顺序,丢失,处理更复杂
相比电路交换任然有着许多时延
补充:虚拟电路交换技术:
过程是:1,建立连接(虚拟电路)2,通信(分组按序,按既定路线,但是不会独占)2,释放
三种交换的性能比较:
电路交换:
耗时由:
建立连接(链路上的耗时和交换机内部的耗时,这个是个往返的过程)
数据传送(交换机之间因为已经建立好链路了,就不会有市场延迟,只有链路的时延)
数据传输完之后会紧接着发出连接释放的请求(这个时候交换机需要耗费时间断开连接)
数据是直接从端传送到端
报文交换
耗时由:
传播时延(链路上的传输花费的时间)
存储转发时延(报文的存储转发单元所需要的时延,而且必须接受完整的报文才可以)
数据是从一个端,先完整的到一个节点后,经过解析后传输到下一个节点的
分组转发:
耗时由:
分组在链路上的耗时
存储转发节点对完整的一个分组的解析和转发
注意:端节点不是连续的发送分组的,发送的间隔是存储转发节点的存储转发时延
加入是4个分组,每次转发划分n秒,存储转发延时是m秒,那么就需要4n+3m秒
计算机网络的分类
从分布的范围来看:
广域网(WAN),城域网(MAN),局域网(LAN),个域网(PAN)
-城域网就是稍微大一点的局域网
-局域网和城域网都是以太网技术
(补充,家用路由器是由路由器和以太网交换器组成)
-个域网:通过无线技术来将个人设备之间建立连接
从传输的技术来看
-广播式网络:在广播式网络中，所有联网设备共享一个通信信道。当一个设备发送数据时，数据会以广播的形式发送到网络中的每一个设备。每个设备都能接收到这些数据，然后通过检查数据的目的地址来决定是否接收和处理该数据。
-点对点网络点对点式网络中，数据的传输是通过源节点和目的节点之间的一条专用链路进行的。即从源节点到目的节点可能需要经过多个中间节点，但每次数据传输都在两个直接相连的节点之间进行。这些中间节点会存储并转发数据，直到数据到达目的节点。
从拓扑结构来看:
1,总线形结构:一种基于总线拓扑结构的计算机网络，在这种网络中，所有的节点（如计算机、服务器等设备）都连接到一条共享的通信线路，即总线上。
数据是广播式的传输的
结构特点
单一共享信道：所有节点共享一条总线作为传输介质，任何一个节点发送的信号都能沿着总线传播，并被其他节点接收。
无中心节点：网络中不存在专门的控制中心节点，每个节点地位平等，都有同等机会发送和接收数据。
优点:成本低,容易扩展,有一定的可靠性
缺点:总线占用,传输距离有限,如果总线出现问题会很难去诊断
- 环形结构
数据是广播式的传输的,通过令牌来解决总线征用的问题,谁获得令牌,谁使用总线
3,星形结构:
利用一个中央设备和端系统进行连接,实现点对点的传输,不会出现总线争用
4,网状结构
数据通过各个中间节点逐一的存储转发,实现点到点传输
还可以分为公用网,专用网
有线网和无线网
计算机网络的性能指标
信道:表示向某一个方向传送信息的通道,往往对于一个发送信道和一个接受信道
1,速率:连接在网络的节点在信道上传输数据的速率.也是数据率/比特率,数据传输速率(bps)
2,带宽:信道所能达到的最高的数据率
(由明显的短板效应:如果两个端和网线三者之间有着不同的速率,最低的 决定了整体的上限)
3,吞吐量:单位时间内通过某个网络的实际数据量
对于一个网线,他有两个方向的数据传输,所以他的吞吐量是两个方向之和
4,时延:数据从(报告魔王!我将从A点到达B点....)所花费的时间
总时延=发送时延+传播时延+处理/排队时延
发送时延:类比火车进洞问题,就是火车完全进洞
传播时延:火车通过洞
处理和排队时延:因为现在是分组交换的,排队就是交换节点对传入/出的数据的处理时间
5,时延带宽积:时延*带宽(幻想成一个水管,就是水的速度*时间)=时间下传播的水的体积)
6,往返时延:发送方发送完到收到接收方返回的确认数据到达的时间
t往返=ta->b传播+t排队/处理+tb发送+tb->a传播
7,信道利用率:这个信道被占用的时间占比
计算机网络的分层结构
分层的设计思想:将庞大而复杂的问题转换为若干较小的复杂局部问题
分层的依据是不同的功能,将这个功能安装在合理的层次中;同一个功能可以反复的出现
3个常见的分层:
学的:从上到下是:应用层->传输层->网络层->数据链路层->物理层
TCP/IP模型:从上到下是:应用层->传输层->网络层****->网络接口层****
OSi参考:从上到下是:应用层->****表示层->会话层->****传输层->网络层->数据链路层->物理层
网络的体系结构:
计算机网络的各层及其协议的集合,就是这个计算机网络及其完成的功能的定义(抽象的)
水平来看:
实体:计算机网络各层中的活动元素(软件+硬件),这些元素统称为实体,对等层的实体叫做对等实体
协议:对等实体之间的通信规则
竖向来看:
接口:相邻的两层的实体之间交换信息的逻辑接口,又称服务访问点
服务:下层为上层提供的功能调用,
信息传输的过程本质是在每次向下传输时对数据进行处理后加上(处理)/减去(反处理)了对应的协议所要求格式的协议控制信息,
协议的3要素:语法,语义,同步
语法:数据和控制信息的格式
语义,需要发出何种控制信息,完成什么动作,做出什么应答,应答的类型
同步:执行各种操作的各种条件和时序关系,对事件的顺序做出说明
OSI参考模型:
物联网传话适应(之前自己这么记得,就没按照网课的了)
物理层->数据链路层->网络层->:应用层->传输层->:应用层->****会话层->表示层->****应用层
各层次对应的功能:
1,物理层:实现相邻节点之间的比特传输
(需要我们去定义电路接口参数,信号含义,对应值域,持续事件)
2,数据链路层:保证相邻节点之间没有差错
(需要我们去:1,差错控制(帧检查,纠错这里的只能保证我们的局部的某个帧时正确的))2,流量控制(协调两个节点之间的速率))
3,网络层:把分组从源节点转发到目的节点
(需要我们去:1,路由选择2,分组转发3,拥塞控制4,网际互联5,差错控制(分组检测,纠错)(这里是为了保证整体式正确的)6,流量控制7,连接建立和释放,可靠性传输管理,收到!)
4,传输层:端到端的通信,因为有多个进程,为了保证发送给正确的进程)
(需要我们去:1,复用(多个进程发出服务请求)和分用(将收到的数据分发给各个进程),差错控制(报文),流量控制,连接的建立和释放,可靠传输管理)
5:会话层:管理会话进程,采用检查点机制,当通信失效时,从检查点继续回复通信
6:表示层:解决两个主机之间信息表示不一样的问题(实现数据转换)
7,应用层 实现网络层应用
TCP/IP模型:
网络接口层->网络层->传输层->应用层
应用层,如果需要会话管理和格式调用,就交给对应的协议就好了
网络接口层:(因为可能有多种数据传输的方式,这里不作要求,只要能传输数据就ok)
网络层:路由选择,分组转发,拥塞控制,网际互联(变得不再可靠)(摆烂,只保证了传输,让路由器负载低)
传输层:(完成差错控制,流量控制,连接建立与释放,可靠新管理)