[计网学习笔记(1)] 计算机网络概述
来源:互联网 发布:人力资源分析软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/22 06:09
基本概念
计算机网络是一种通信网络,是以能够相互共享资源方式互连起来的自治计算机系统的集合。ISP(internet service provider)是指互联网服务提供商。
互联网为网络应用提供了通信服务的基础设施,同时提供了应用编程接口(AP1)。
主机如果直接互相连接,那么之间链路数目将会非常庞大,所以我们一般将主机接入交换网络。
一个交换网络由很多交换节点互联构成,其中交换节点是路由器/交换机。
主机也就是端系统,它可以运行各种网络应用,包括pc、服务器、笔记本、智能手机等;将其彼此相连的叫通信链路,包括光纤、无线电、铜缆、卫星等等;路由器/交换机完成了其分组交换。
上述提到的硬件,包括主机、路由器、通信链路是计算机网络的基础,但是进行数据交换还需要遵循一定的规则——协议。
协议规定了通信实体间交换信息的格式、意义、顺序、针对收到的信息或发生的事件所采取的行动。
协议的三要素为:语法、语义、时序。其中语法表示数据的格式或结构,语义表示需要发出什么信息,完成什么动作以及做出什么响应,并且做出一些差错的控制。时序表示事件发生的先后顺序,以及不同事件的速度匹配。
结构
计算机网络结构包括了三个部分:网络边缘、接入网络(物理介质)、网络核心。
网络边缘包括主机和网络应用。
接入网络可以是数字用户线路(DSL),利用电话线连接。用调制解调器将不同频载分开,0kHz~4kHz为电话,4kHz~50kHz为上行,50kHZ~1MHz为下行。其中ADSL就是一种非对称、上行低、下行高的线路,也就是上传速度比下载速度要慢。
在不同频带(载波)上传输不同频道被成为频分多路复用,利用频分多路复用的接入网络是电缆网络,它使用混合光线同轴电缆(HFC),数据和电视信号共享线缆而频率不同,它也是非对称的(下行高于上行)。
两者的一个区别是前者是独占接入,后者是共享接入。
还有一种接入网络是无线接入网络,它通过了共享的无线接入网络连接端系统与路由器。包括了无线局域网(LANs)以及广域无线接入(移动互联网、蜂窝网)。
网络核心分组转发设备,如互联的路由器。它可以确定分组的传输路径(路由),也可以进行分组转发。
数据交换
数据交换包括了电路交换、报文交换、分组交换几种类型。
电路交换的特点是独占资源,最典型的电路交换网络就是电话网络。
电话网络可以通过多路复用实现链路共享,多路复用有四种典型方法:频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。
频分多路复用(FDM)中,不同用户占用不同的频率带宽。
时分多路复用(TDM)中,不同用户在不同时间占用的频带宽度。
波分多路复用(WDM)中,不同用户占用不同的光的波长。
码分多路复用(CDM)中,每个用户分配唯一的mbit码片序列,-1代表0,1代表1,每个用户使用的是相同频率的载波。
编码信号就是将原始数据和码片序列相乘进行编码,不同用户的编码序列是正交的。
相应的,解码是码片序列与编码信号的内积。(除以m)
报文交换发送的是一个信息整体,而分组交换是将报文拆分的小数据包,拆分和重组会产生额外开销。它们均为分组-转发方式。
若分组交换传送M bits的报文,链路带宽为R bps,分组长度为L bits,中间经历的路由器数为n,则总共时间为M/R + nL/R(传输时延),还要考虑分组头长度。
若报文交换传送M bits的报文,链路带宽为R bps,中间经历的路由器数为n,则总共时间为 (n+1) * M/R
相比起电路交换,分组交换适用于突发数据网络,但可能发生分组延迟或丢包。
丢包是因为可用缓存已满(可能重发可能不重发),延迟在指等待、传输等一系列过程中产生的。可以分为如下四种:
1)结点处理延迟:包括一些准备工作,比如差错检测和确定输出链路。
2)排队延迟:也就是等待输出链路的过程。
3) 传输延迟:在前面提到过,为分组长度除以链路带宽,即L/R。
4) 传播延迟:物理链路长度/信号传播速度
时延带宽积:传播时延*带宽
丢包率:丢包数/已发分组总数
吞吐量:传送数据速率,包括即时和平均的
速率:额定速率,表达数据传输的快慢,单位有b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。(彼此转换为1000,而不是1024)
带宽:不同于信号处理中的带宽,这里指信道能传送的最高数据率(b/s),单位同上。
网络体系结构
OSI参考模型:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
其中后四层是端到端层,两者直接联系,而前三层借助于中建系统(路由器)。
物理层:定义了接口特性、比特编码、数据率、比特同步、传输模式(单工、半双工、全双工)
数据链路层:负责结点间数据传输、物理寻址、组帧、流量控制、差错控制、访问控制。
网络层:分组交付、逻辑寻址、路由、分组转发。
传输层:报文传输、SAP寻址、分段重组、连接控制、流量控制、差错控制。
会话层:对话控制、同步。
表示层:表示转化、加密解密、压缩解压。
应用层:提供服务。
延伸出的:TCP/IP参考模型,包括应用层、传输层、网络层、链路层、物理层。
计算机网络是一种通信网络,是以能够相互共享资源方式互连起来的自治计算机系统的集合。ISP(internet service provider)是指互联网服务提供商。
互联网为网络应用提供了通信服务的基础设施,同时提供了应用编程接口(AP1)。
主机如果直接互相连接,那么之间链路数目将会非常庞大,所以我们一般将主机接入交换网络。
一个交换网络由很多交换节点互联构成,其中交换节点是路由器/交换机。
主机也就是端系统,它可以运行各种网络应用,包括pc、服务器、笔记本、智能手机等;将其彼此相连的叫通信链路,包括光纤、无线电、铜缆、卫星等等;路由器/交换机完成了其分组交换。
上述提到的硬件,包括主机、路由器、通信链路是计算机网络的基础,但是进行数据交换还需要遵循一定的规则——协议。
协议规定了通信实体间交换信息的格式、意义、顺序、针对收到的信息或发生的事件所采取的行动。
协议的三要素为:语法、语义、时序。其中语法表示数据的格式或结构,语义表示需要发出什么信息,完成什么动作以及做出什么响应,并且做出一些差错的控制。时序表示事件发生的先后顺序,以及不同事件的速度匹配。
结构
计算机网络结构包括了三个部分:网络边缘、接入网络(物理介质)、网络核心。
网络边缘包括主机和网络应用。
接入网络可以是数字用户线路(DSL),利用电话线连接。用调制解调器将不同频载分开,0kHz~4kHz为电话,4kHz~50kHz为上行,50kHZ~1MHz为下行。其中ADSL就是一种非对称、上行低、下行高的线路,也就是上传速度比下载速度要慢。
在不同频带(载波)上传输不同频道被成为频分多路复用,利用频分多路复用的接入网络是电缆网络,它使用混合光线同轴电缆(HFC),数据和电视信号共享线缆而频率不同,它也是非对称的(下行高于上行)。
两者的一个区别是前者是独占接入,后者是共享接入。
还有一种接入网络是无线接入网络,它通过了共享的无线接入网络连接端系统与路由器。包括了无线局域网(LANs)以及广域无线接入(移动互联网、蜂窝网)。
网络核心分组转发设备,如互联的路由器。它可以确定分组的传输路径(路由),也可以进行分组转发。
数据交换
数据交换包括了电路交换、报文交换、分组交换几种类型。
电路交换的特点是独占资源,最典型的电路交换网络就是电话网络。
电话网络可以通过多路复用实现链路共享,多路复用有四种典型方法:频分多路复用、时分多路复用、波分多路复用、码分多路复用。
频分多路复用(FDM)中,不同用户占用不同的频率带宽。
时分多路复用(TDM)中,不同用户在不同时间占用的频带宽度。
波分多路复用(WDM)中,不同用户占用不同的光的波长。
码分多路复用(CDM)中,每个用户分配唯一的mbit码片序列,-1代表0,1代表1,每个用户使用的是相同频率的载波。
编码信号就是将原始数据和码片序列相乘进行编码,不同用户的编码序列是正交的。
相应的,解码是码片序列与编码信号的内积。(除以m)
报文交换发送的是一个信息整体,而分组交换是将报文拆分的小数据包,拆分和重组会产生额外开销。它们均为分组-转发方式。
若分组交换传送M bits的报文,链路带宽为R bps,分组长度为L bits,中间经历的路由器数为n,则总共时间为M/R + nL/R(传输时延),还要考虑分组头长度。
若报文交换传送M bits的报文,链路带宽为R bps,中间经历的路由器数为n,则总共时间为 (n+1) * M/R
相比起电路交换,分组交换适用于突发数据网络,但可能发生分组延迟或丢包。
丢包是因为可用缓存已满(可能重发可能不重发),延迟在指等待、传输等一系列过程中产生的。可以分为如下四种:
1)结点处理延迟:包括一些准备工作,比如差错检测和确定输出链路。
2)排队延迟:也就是等待输出链路的过程。
3) 传输延迟:在前面提到过,为分组长度除以链路带宽,即L/R。
4) 传播延迟:物理链路长度/信号传播速度
时延带宽积:传播时延*带宽
丢包率:丢包数/已发分组总数
吞吐量:传送数据速率,包括即时和平均的
速率:额定速率,表达数据传输的快慢,单位有b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。(彼此转换为1000,而不是1024)
带宽:不同于信号处理中的带宽,这里指信道能传送的最高数据率(b/s),单位同上。
网络体系结构
OSI参考模型:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
其中后四层是端到端层,两者直接联系,而前三层借助于中建系统(路由器)。
物理层:定义了接口特性、比特编码、数据率、比特同步、传输模式(单工、半双工、全双工)
数据链路层:负责结点间数据传输、物理寻址、组帧、流量控制、差错控制、访问控制。
网络层:分组交付、逻辑寻址、路由、分组转发。
传输层:报文传输、SAP寻址、分段重组、连接控制、流量控制、差错控制。
会话层:对话控制、同步。
表示层:表示转化、加密解密、压缩解压。
应用层:提供服务。
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