【基础篇】计算机网络

计算机网络

1. 电路交换、报文交换、分组交换比较

(1)电路交换

由于电路交换在通信之前要在通信双反之间建立一条被双方独占的物理通路(由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成的)，因而有以下优缺点：

优点：

• 由于通信线路为通信双方用户专用，数据知道，所以传输数据的延时非常小
• 通信双方之间的物理通路一旦建立，双反可以随时通信，实时性强
• 双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题
• 电路交换既可以用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号
• 电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单

缺点：

• 电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长
• 电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低
• 电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制

(2)报文交换

报文交换是以报文为数据交换的单位；报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换节点采用存储转发的传输方式，因而有以下优缺点：

优点：

• 报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立延时，用户可随时发送报文
• 用于采用存储转发的传输方式，使之具有下列优点
  • 在报文交换中便于设置代码检验和数据重发设施，加之交换节点还具有路径选择，就可以做到某条传输路径发生故障时，重新选择另一条路径传输数据，提高了传输的可靠性
  • 在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，甚至收发双反可以不同时处于可用状态，这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信
  • 提供多目标服务，即一个报文可以同时发送到多个目的地，这在电路交换中是很难实现的
  • 允许建立数据传输的优先级，使优先级高的报文优先转换

• 通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率

缺点：

• 由于数据进入交换节点后要尽力存储、转发这一过程，从而引起转发时延(包括接受报文、检验正确性、排队、发送时间等)，而且网络的通信量愈大，造成的时延就越大，因而报文交换的实时性差，不适合传送实时或交换式业务的数据
• 报文交换只是用于数字信号
• 用于报文长度没有限制，而每个中间节点都要完整地接受传来的整个报文，当输出线路不空闲是，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网路中每个节点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少节点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延

(3)分组交换

分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组(携带源、目标地址和编号信息)逐个发送出去，因此分组交换除了具有报文的优点外，与报文交换相比有以下优缺点：

优点：

• 加速了数据在网络中的传输；因为分组是逐个传输，可以是后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间；此外，传输一个分组的存储所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多
• 简化了存储管理；因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换节点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易
• 减少了出错机率和重发数据量；因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延
• 由于分组短小，更适合采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些

缺点：

尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其节点交换机必须具有更前的处理能力

分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目标地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加

当分组采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的地节点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦；若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程

总结

• 若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适
• 当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适
• 从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换由于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信

2. OSI相关

OSI参考模型(OSI/RM)的全称是开放系统互联参考模型(Open System Interconnection Reference Model, OSI/RM)，是由ISO提出的一个网络系统互联模型；它是网络技术的基础，也是分析，评判各种网络技术的依据。

参考：http://blog.csdn.net/robinjwong/article/details/17999427

第7层： 应用层

直接对应用程序提供服务

典型设备：应用程序，如FTP,HTTP,SMTP

第6层：表示层

格式化数据，以便为应用程序提供通用接口，这可以包括加密服务

典型设备：编码方式，图像编解码，URL字段传输编码

第5层：会话层

在两个节点之间建立端连接；

典型设备：建立会话，SESSION认证，断点续传

第4层：传输层

常规数据递送，面向连接或无连接，双全工或半双工，流控制，错误恢复服务

典型设备：进程和端口

第3层：网络层

通过寻址来建立两个节点之间的连接，包括通过互联网络来路由和中继数据

典型设备：路由器，防火墙，多层交换机

第2层：数据链路层

此层将数据分帧，并处理流控制；本层指定拓扑结构并提供硬件寻址

典型设备：网卡，网桥，交换机

第1层：物理层

原始比特流的传输

典型设备：中继器，集线器，网线，HUB

3. TCP/IP

4. 硬件(MAC)地址的概念及作用

MAC(Media Access Control)地址，或称物理地址，硬件地址；由网络设备制造商生产时写在硬件的内部。

在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层负责MAC地址。

MAC地址是48位的。通常使用12个16进制数，每2个16进制数之间用冒号隔开，如：

08：00：20：0A：8C：6D

前6个16进制数08：00：20代表网络硬件制造商的编号，由IEEE分配；后6个0A：8C：6D代表该制造商所制造的某个网络产品的系列号。只要不去更改自己的MAC地址，那么MAC地址是唯一的。

5. ARP协议

ARP(Address Resolution Protocol)地址解析协议：地址解析，就是将目标IP地址转换成目标Mac地址的过程；

ARP协议是属于数据链路层的协议；

在网络通讯时，数据报(帧)首先是由网卡/设备驱动程序接收/处理，然后在交由上层协议处理；如果接受到的数据报的MAC地址与本机不符则直接丢弃；因此在通讯前必须先获得目标主机的MAC地址，ARP就是起到这个作用，即发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址。(点对点连接是不需要ARP的)

工作过程：

• 当主机A向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，先在自己的ARP缓冲表中查看是否有误主机B的IP地址
• 如果有，就可以查出其对应的MAC地址，在将此硬件地址写入帧中，然后发送数据报到目标主机
• 如果查不到，则主机A就自动运行ARP：
•         ARP进程在本局域网上广播一个ARP请求分组，表明自己的IP,MAC地址，和想要查询的IP地址
•         本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都受到此请求
•         主机B在ARP请求中见到自己的IP地址，就向主机A发送ARP响应，并写入自己的MAC地址；其余的主机都不理睬这个ARP请求
•         主机A收到主机B的ARP响应后，就在其ARP高速缓冲表中写入主机B的IP地址到MAC地址的映射

ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和MAC地址的映射问题。

6. 路由表结构

路由表，指的是路由器或其它互联网网络设备上存储的表，该表中存有到达特定网络终端的路径。