网络基础知识

一、基本概念

1、计算机网络：自主计算机的互联集合

   自主：指功能上独立、地理位置上分散的计算机集合

   互联：分为物理互联和逻辑互联

功能：计算机网络能够完成的功能就是数据通信和资源共享

2、互连网和互联网

   1）互连网（internet）是一个通用名词，它泛指有多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议（即通信规则）可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。

   2）互联网（Internet）则是一个专有名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网。它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身就是美国的ARPANET。

3、互联网的组成

边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。

核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的。

 互联网的边缘部分：

我们了解了边缘部分和核心部分大致功能相信也明白了我们平常为什么会说我们平常自己使用的PC机和手机称为端系统、终端机，因为它们就处于网络的边缘部分。

这里我们再强调一个概念，我们通常说主机和主机的通信实际上时说的我们计算机的一个进程和另一个计算机上的进程的通信。网络边缘的端系统之间的通信通常可以划分为两大类：

1）客户服务器（c/s方式）

客户是服务请求方，服务器是服务提供方

 

                           图一

客户程序：

a) 被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。

b) 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器程序：

a) 是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。

b) 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动的等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务请程序不需要知道客户程序的地址。

c) 一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。

注意：上面所说的客户和服务器本来都指的是计算机进程。

2）对等式链接方式

      对等连接只要两台主机都运行了对等的连接软件，它们就可以进行平等的、对等链接通信，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文件。

注意：它们本质上还是客户机——服务器的方式。只是在对等服务器中的每个计算机它既是客户的同时又可能在为其他计算机提供着服务。

                           

互联网的核心部分：

网络核心部分的功能主要是向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他的主机通信。

1）电路交换

   交换：从通信资源的角度来看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

电路交换：就像是我们的打电话的过程，我们必须经过建立接（占用通信资源）—>通话（一直占用通信资源）—>释放连接（归还通信资源）这三个步骤。

缺点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端对端的通信资源。线路的传输效率很低。

 

2）分组交换

      通常我们把要发送的整块数据成为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报文划分为一个个更小的等长的数据段，在每个数据段前面加上一些必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组。分组的首部非常重要，正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和原地址等重要控制信息，每个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。

 

分组交换的优点：

 

3）报文交换

以前使用的技术，现在已经不再使用，只需稍做了解。

三种方式的比较：

 

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换——整个报文先传送到相邻的结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

分组交换——单个分组（只是报文中的一部分）传送到相邻的结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

4、计算机网络的特性

1)速率

指数据的传送速率，它也称为数据率或比特率。它的单位是比特每秒，b/s，有时也写为bps;

2) 带宽

本来是指凑个信号具有的频带宽度，原来通信的主干线用的是模拟信号，因此，这个就表示的是通过的信号频带范围。

在计算机网络中，它表示为网络中某通道传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”，单位是比特每秒。

3) 吞吐量

      指单位时间内通过某个网络的实际数据量。

4) 时延

a)发送时延

是主机或路由器发送数据帧锁需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发完所需时间。

       发送时延=数据长度（bit）/发送速率（bit/s）

b)传播时延

传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

           

注意：传输时延发生在机器外部的传输信道媒体上，与信号的发送速率无关。而发送时延是发生在机器的内部，和传输通道的长度没有任何关系。信号传输的距离越远，传播时延越大。

      c）处理时延

      主机或路由器在收到分组时需要花费一定的时间进行处理。

     d）排队时延

     分组在经过网络传输时，需要经过很多路由器，但分组进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

5) 往返时间RRT

         它表示从发送端发送数据开始，到发送端接收到的确认（接收端收到数据后立马发出确认），总共经历的时延。

      6）利用率

         信道利用率：指某信道有百分之几的时间是被利用的，完全空闲的信道利用率是0。

      网络利用率：是全网络信道利用率的加权平均值。

D0表示网络空闲时的时延，D表示网络当前的时延，U是网络的利用率。

 

二、OSI七层模型

应用层：允许访问OSI环境的手段

表示层：对数据进行翻译、加密和压缩

会话层：建立、管理和终止会话

传输层：提供端到端的可靠报文传递和错误回复

网络层：负责数据包从源到宿的传递和网际互联

数据链路层：将比特组装成帧和点到点的传递

物理层：通过没接传输比特，确定机械及电气规范

三、TCP/IP的四层模型

虽然OSI定义了七层模型，但是其实我们真正使用的都是TCP/IP的四层模型，它没有分那么细。

应用层：负责数据的展示和获取

传输层：负责传输数据的控制（准确、安全性）

网络层：负责数据怎样传递过去

数据链路层：负责帧数据的传递