计算机网络---网络体系结构

文章目录

[1. 网络的概念](#1. 网络的概念)
- [1.1 什么是计算机网络](#1.1 什么是计算机网络)
- [1.2 简单的计算机网络](#1.2 简单的计算机网络)
- [1.3 互联网（或因特网，Internet）](#1.3 互联网（或因特网，Internet）)
- [1.4 计算机网络、互连网和互联网三者的区别](#1.4 计算机网络、互连网和互联网三者的区别)
- [1.5 总结](#1.5 总结)
[2. 网络的组成、功能](#2. 网络的组成、功能)
- [2.1 组成](#2.1 组成)
- - [2.1.1 从组成部分看](#2.1.1 从组成部分看)
  - [2.1.2 从工作方式看](#2.1.2 从工作方式看)
  - [2.1.3 从逻辑功能看](#2.1.3 从逻辑功能看)
- [2.2 功能](#2.2 功能)
- [2.3 总结](#2.3 总结)
[3. 三种交换技术](#3. 三种交换技术)
- [3.1 电路交换](#3.1 电路交换)
- [3.2 报文交换](#3.2 报文交换)
- [3.3 分组交换](#3.3 分组交换)
- [3.4 补充：虚电路交换（基于分组交换）](#3.4 补充：虚电路交换（基于分组交换）)
- [3.5 三种技术性能分析](#3.5 三种技术性能分析)
- [3.6 总结](#3.6 总结)
[4. 网络的分类](#4. 网络的分类)
- [4.1 分布范围](#4.1 分布范围)
- [4.2 传输技术](#4.2 传输技术)
- [4.3 拓扑结构](#4.3 拓扑结构)
- [4.4 使用者](#4.4 使用者)
- [4.5 传输介质](#4.5 传输介质)
- [4.6 总结](#4.6 总结)
[5. 性能指标](#5. 性能指标)
- [5.1 速率、带宽、吞吐量](#5.1 速率、带宽、吞吐量)
- [5.2 时延、时延带宽积、往返时延](#5.2 时延、时延带宽积、往返时延)
- [5.3 信道利用率](#5.3 信道利用率)
- [5.4 总结](#5.4 总结)
[6. 网络分层结构](#6. 网络分层结构)
- [6.1 "分层"的设计思想](#6.1 “分层”的设计思想)
- [6.2 三种常见体系结构](#6.2 三种常见体系结构)
- [6.3 各层之间关系](#6.3 各层之间关系)
- [6.4 总结](#6.4 总结)
[7. OSI参考模型 & TCP/IP模型](#7. OSI参考模型 & TCP/IP模型)
- [7.1 OSI参考模型](#7.1 OSI参考模型)
- [7.2 总结](#7.2 总结)
- [7.3 TCP/IP模型](#7.3 TCP/IP模型)
- [7.4 总结](#7.4 总结)

1. 网络的概念

1.1 什么是计算机网络

计算机网络是一个将众多分散的 、自治的 计算机系统，通过通信设备与线路 连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。

1.2 简单的计算机网络

计算机网络是由若干结点和连接这些结点的链路组成。

其中：

1. 结点可以是计算机、集线器、交换机、路由器等
1. 链路可以是有线链路、无线链路

集线器（Hub）：

可以把多个结点连接起来，组成一个计算机网络
普通民用领域已很少用集线器
集线器不能隔离冲突域

交换机（Switch）：

可以把多个结点连接起来，组成一个计算机网络
家庭、公司、学校通常用交换机组建内部网络
交换机可以隔离冲突域

路由器（router）：

可以把两个或多个计算机网络互相连接起来，形成规模更大的计算机网络，也可称"互连网"（internet）
路由器工作在网络层，可以隔离广播域和冲突域

注意：家用路由器 = 路由器 + 交换机 + 其他功能

一般采用交换机将物理结点连接起来，组成一个计算机网络，然后再用路由器将此网络与其他网络互相连接起来，形成更大的计算机网络，以此达到内外界交换信息，资源共享。（交换机隔离冲突域，路由器隔离广播域）

1.3 互联网（或因特网，Internet）

互联网：由各大ISP（网络服务提供商）和国际机构组建的，覆盖全球范围的互连网（internet）
互联网必须使用TCP/IP协议通信，互连网可使用任意协议通信

1.4 计算机网络、互连网和互联网三者的区别

1. 若干物理结点和连接这些结点的链路组成计算机网络
1. 多个计算机网络通过路由器连接形成互连网，互连网支持任意通信协议
1. 各个国家或地区使用TCP/IP协议族作为通信规则，将各个互连网联合起来，形成世界上最大规模的互连网，即互联网

1.5 总结

2. 网络的组成、功能

2.1 组成

2.1.1 从组成部分看

网络由硬件、软件和协议三部分组成。

2.1.2 从工作方式看

2.1.3 从逻辑功能看

2.2 功能

特别：数据通信是最基本、最重要的功能

2.3 总结

3. 三种交换技术

3.1 电路交换

电路交换（Circuit Switching）：通过物理线路的连接，动态地分配传输线路资源

电路交换的过程：

1. 建立连接（尝试占用通信资源）
1. 通信（一直占用通信资源）
1. 释放连接（归还通信资源）

优点：

通信前从主叫端到被叫端建立一条专用的物理通路 ，在通信的全部时间内，两个用户始终占用 端到端的线路资源 。数据直送，传输速率高
电路交换更适用于：低频次、大量地传输数据

缺点：

建立/释放连接，需要额外的时间开销
线路被通信双方独占，利用率低
线路分配地灵活性差
交换节点不支持"差错控制"（无法发现传输过程中发生地数据错误）

补充：计算机之间数据往往是"突发式"传输，即往往会高频次、少量地传输数据，这就决定了电路交换技术必然不适用于计算机网络地数据传输

3.2 报文交换

基于存储转发 思想：把传送的数据单元先存储 进中间节点，再根据目的地址转发至下一节点'

优点：

通信前无需建立连接
数据以"报文 "为单位被交换节点间"存储转发 "，通信线路可以灵活分配
在通信时间内，两个用户无需独占 一整条物理线路。相比于电路交换，线路利用率高
交换节点支持"差错控制"

缺点：

报文不定长，不方便存储转发管理
长报文的存储转发时间开销大、缓存开销大
长报文容易出错，重传代价高

3.3 分组交换

基于报文交换的改进版，是将不定长报文，拆分成一个个定长的分组，使其线路利用率进一步提高，并减少重传代价

分组交换的优点：

具有报文交换的所有优点

其次，相对于报文交换：

分组定长，方便存储转发管理
分组的存储转发时间开销小、缓存开销小
分组不易出错，重传代价低

缺点：

相比于报文交换，控制信息占比增加
相比于电路交换，依然存在存储转发时延
报文被拆分为多个分组，传输过程中可能出现失序、丢失等问题，增加处理的复杂度

3.4 补充：虚电路交换（基于分组交换）

过程：

1. 建立连接（虚拟电路）
1. 通信（分组按序、按已建立好的既定线路发送，通信双方不独占线路）
1. 释放连接

虚电路技术是电路交换和分组交换的结合，能解决分组交换过程中的分组失序问题，同时电路的建立不是物理意义上的，还是一种"虚拟"（即有更快的建立速度）

3.5 三种技术性能分析

3.6 总结

4. 网络的分类

4.1 分布范围

4.2 传输技术

4.3 拓扑结构

常见的网络拓扑结构有总线型、环形、星形和网状结构

4.4 使用者

4.5 传输介质

4.6 总结

5. 性能指标

5.1 速率、带宽、吞吐量

信道（Channel）：表示向某一方向传送信息的通道（信道 != 通信线路），一条通信线路 在逻辑上往往对应一条发送信道和一条接收信道
速率（Speed）：指连接到网络上的节点在信道上传输数据的速率。也称数据率或比特率、数据传输速率（真题最常用）
速率单位：bit/s，或b/s，或bps（常用），有时也用B/s（1B=8b）

带宽（bandwidth） ：某信道所能传送的最高数据率

结论：节点间通信实际能达到的最高速率，由带宽、节点性能共同限制

此外：

吞吐量（Throughput）：指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。吞吐量受带宽限制、受复杂的网络负载情况影响

5.2 时延、时延带宽积、往返时延

时延（Delay）：指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的**一端传送到另一端所需的时间。**有时也称为延迟或迟延

也可这样理解：

例题：

不考虑处理、排队时延
考虑处理、排队时延

时延带宽积：一条链路中，已从发送端发出但尚未到达接收端的最大比特数，时延带宽积 = 传播时延 * 带宽，常用于设计最短帧长

例题：

往返时延RTT（Round-Trip Time）：表示从发送方发送完数据开始计时，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间

5.3 信道利用率

5.4 总结

6. 网络分层结构

6.1 "分层"的设计思想

分层的设计思想：将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题

6.2 三种常见体系结构

网络的体系结构 是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构件所应完成的功能的精确定义（不涉及实现）
实现是遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或软件完成这些功能的问题
体系结构是抽象的，而实现则是具体的

6.3 各层之间关系

实体：在计算机网络的分层结构中，第n层中的活动元素（软件+硬件）通常称为第n层实体。不同机器上的同一层称为对等层 ，同一层的实体称为对等实体
协议：即网络协议，是控制对等实体之间进行通信的规则的集合，是水平的

接口：即同一节点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口，又称为服务访问点
服务：服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的，服务要通过接口进行调用

为什么要分层？为什么要制定协议？

计算机网络功能复杂 -》采用分层结构，将诸多功能合理地划分在不同层次 -》对等层之间制定协议，以实现功能

从垂直方向上看，数据想要往下一层输送，就得在首部套上与本层有关的一些信息，然后这些（首部信息+数据）到了下一层，便又作为了下一层数据，以此往下。同样，数据想要往上一层输送，就得去掉对应对等实体的首部信息，以此往上。

即：

三者关系为：n-SDU + n-PCI = n-PDU=(n - 1)-SDU

6.4 总结

7. OSI参考模型 & TCP/IP模型

7.1 OSI参考模型

口诀：物联网叔会使用

7.2 总结

7.3 TCP/IP模型

已知物联网叔会使用，那怎么用？接根网线给叔用就行。口诀：接网叔用

两种模型的对比：

7.4 总结

至此第一章结束，这一章的内容只是笼统的介绍了整本书的知识体系，并未有过多的深入，只需有个基本印象即可，后续会按照教学模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层的顺序来进行逐层详细的学习。本节最重要的我觉得就是三种交换技术、网络有哪些拓扑结构，网络的性能指标，并初步了解OSI参考模型与TCP/IP参考模型，重点记住各层的顺序即可。

参考：《王道计算机考研计算机网络》

https://www.bilibili.com/video/BV19E411D78Q/?share_source=copy_web