计算机网络重要知识点摘录（考研用）——第一章：计算机网络体系结构

柔情只为你懂 2023-10-06 15:37 14阅读 0赞

## 计算机网络重要知识点摘录（考研用）——第一章：计算机网络体系结构 ##

本文参考于《2021年计算机网络考研复习指导》（王道考研），《计算机网络》

②对等连接方式：  
  对等连接（Peer-to-peer,P2P）是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件（P2P软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。因此这种方式也称为P2P方式。对等连接方式从本质上看仍然是使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户又同时是服务器。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

广域网和局域网之间的差异不仅在于它们所覆盖范围 的不同，还在于它们所采用的协议和网络技术的不同（不单单是从网络覆盖范围区分的局域网与广域网）

#####  1.1.6 计算机网络的性能指标 #####

（1）带宽  
  在计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是比特/秒（bit/s或b/s）  
  （2）时延  
  指数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的总时间，它由四部分组成：发送时延、传播时延、处理时延和排队时延。  
  a.发送时延  
  结点将分组的所有比特推向（传输）链路所需的时间，即从发送分组的第一个比特算起，到该分组的最后一个比特发送完毕所需的时间，因此也称传输时延。  
  发送时延=分组长度/信道宽度

b.传播时延  
  电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间，即一个比特从链路的一端传播到另一端所需的时间。  
  传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率

c.处理时延  
  数据在交换结点为存储转发而进行的一些必要的处理所花费的时间。 例如，分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等。

d.排队时延  
  分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。路由器确定转发端口后，还要在输出队列中排队等待转发，这就产生了排队时延

因此，数据在网络中经历的总时延就是以上4部分时延之和：  
  总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

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在题目中，除非另有说明，排队时延和处理时延一般可以忽略不计。另外，对于高速链路，提高的仅是数据发送速率而非比特在链路上的传播速率。 提高数据的发送速率只是为了减少数据的发送时延。

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（3）时延带宽积  
  指发送端发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发出了多少个比特，因此又称以比特为单位的链路长度，即时延带宽积=传播时延x信道带宽  
  如图所示，考虑一个代表链路的圆柱形管道，其长度表示链路的传播时延，横截面积表示链路带宽，则时延带宽积表示该管道可以容纳的比特数量。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

（4）往返时延（Round-Trip Time,RTT）  
  指从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认），总共经历的时延。 在互联网中，往返时延还包括各中间结点的处理时延、排队时延及转发数据时的发送时延。

（5）吞吐量（Throughput）  
  指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。 吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。

（6）速率  
  网络中的速率是指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率或比特率， 单位为b/s（bit/s或bps，比特/秒）。数据率较高时，可用kb/s（k=10^3）、Mb/s（M=10 ^6）或Gb/s（G=10 ^9）表示。在计算机网络中，通常把最高数据率称为带宽

（7）利用率  
  利用率有信道利用率和网络利用率两种  
  信道利用率 指某一信道有百分之多少的时间是有数据通过的，即信道利用率=有数据通过时间/（有+无）数据通过时间

#####  1.2.3 ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型 #####

######   1.OSI参考模型 ######

OSI有7层，自下而上依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。 低三层统称为通信子网，它是为了联网而附加的通信设备，完成数据的传输功能；高三层统称为资源子网，它相当于计算机系统，完成数据的处理等功能。 传输层承上启下。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]

OSI参考模型各层的功能：  
  （1）物理层  
  物理层的传输单位是比特，任务是透明的传输比特流，功能是在物理媒体上为数据端设备透明地传输原始比特流。  
  物理层主要定义数据终端设备DTE和数据通信设备DCE的物理与逻辑连接方法，所以物理层协议也称物理层接口标准，也称为物理层规程。

下图所示为两个通信结点以及它们间的一段通信链路，物理层主要研究以下内容：  
![在这里插入图片描述][20200924212300703.png_pic_center]  
  ①通信链路与通信结点的连接需要一些电路接口，物理层规定了这些接口的一些参数，如机械形状和尺寸、交换电路的数量和排列等，例如，笔记本电脑上的网线接口，就是物理层规定的内容之一。  
  ②物理层也规定了通信链路上传输信号的意义和电气特征。例如物理层规定信号A代表数字0，那么当结点要传输数字0时，就会发出信号A，当结点接收到信号A时，就知道自己接收到的实际上是数字0。

注意，传输信息所利用的一些物理媒体，如双绞线、光缆、无线信道等，并不在物理层协议之内而在物理层协议之下。 因此，有人能把物理媒体当做第0层。

（2）数据链路层  
  数据链路层的传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组装成帧。 数据链路层的功能有：成帧、差错控制、流量控制、传输管理  
  由于外界噪声的干扰，原始的物理连接在传输比特流时可能发生错误。一结点想向另一结点传输数字0，于是发出了信号A；但传输过程中受到干扰，信号A变成了信号B，而信号B又刚好代表1，结点接收到信号B时，就会误以为发送数据的结点传送了数字1，从而发生差错。两个结点之间如果规定了数据链路层协议，那么就能检测出这些差错，然后把收到的错误信息丢弃，这就是差错控制功能。  
  在两个相邻结点之间传送数据时，由于两个结点性能的不同，可能结点A发送数据的速率会比结点B接收数据的速率快，如果不加控制，那么结点B就会丢弃很多来不及接收的正确数据，造成传输线路效率的下降。流量控制可以协调两个结点的速率， 使结点A发送数据的速率刚好是结点B可以接收的速率  
  广播式网络在数据链路层还要处理新的问题，即如何控制对共享信道的访问。数据链路层的一个特殊的子层——介质访问子层，就是专门处理这个问题的。  
  典型的数据链路层协议有SDLC、HDLC、PPP、STP和帧中继等

（3）网络层  
  网络层的传输单位是数据报， 它关心的是通信子网的运行控制，主要任务是把网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键问题是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互联等功能  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

如图所示，结点A向结点B传输一个分组时，既可经过边a、c、g，也可经过边b、h，有很多条可以选择的路由，而网络层的作用就是根据网络的情况，利用相应的路由算法计算出一条合适的路径，使这个分组可以顺利到达结点B。  
  若结点都处于来不及接收分组而要丢弃大量分组的情况，那么网络就处于拥塞状态，拥塞状态使得网络中的两个结点无法正常通信。网络层要采取一定的措施来缓解这种拥塞，这就是拥塞控制。  
  因特网是一个很大的互联网，它由大量异构网络通过路由器相互连接起来。因特网的主要网络层协议是无连接的网际协议（Internet Protocol，IP）和许多路由选择协议，因此因特网的网络层也称网际层或IP层。  
  网络层的协议有IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP和OSPF等

（4）传输层  
  传输层也称运输层，传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP）， 传输层负责主机中两个进程之间的通信，功能是为端到端连接提供可靠的传输服务，为端到端连接提供流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。  
  数据链路层提供的是点到点的通信，传输层提供的是端到端的通信， 两者不同。通俗地说，点到点可以理解为主机到主机之间的通信，一个点是指一个硬件地址或IP地址，网络中参与通信的主机是通过硬件地址或IP地址标识的；端到端的通信是指运行在不同主机内的两个进程之间的通信，一个进程由一个端口来标识，所以称端到端通信。  
  使用传输层的服务，高层用户可以直接进行端到端的数据传输，从而忽略通信子网的存在。通过传输层的屏蔽，高层用户看不到子网的交替和变化。由于一台主机可同时运行多个进程，因此传输层具有复用和分用的功能。复用是指多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务，分用是指传输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。  
  传输层的协议有TCP、UDP

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端到端通信与点到点通信：  
  从本质上说，由物理层、数据链路层和网络层组成的通信子网为网络环境中的主机提供点到点的服务，而传输层为网络中的主机提供端到端的通信。  
  直接相连的结点之间的通信称为点到点通信，它只提供一台机器到另一台机器之间的通信，不涉及程序或进程的概念。同时，点到点通信并不能保证数据传输的可靠性，也不能说明源主机与目的主机之间是哪两个进程在通信，这些工作都是由传输层来完成的。  
  端到端通信建立在点到点通信的基础上，它是由一段段的点到点通信信道构成的，是比点到点通信更高一级的通信方式，以完成应用程序（进程）之间的通信。“端”是指用户程序的端口，端口号标识了应用层中不同的进程。

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（5）会话层（Session Layer）  
  会话层允许不同主机上的各个进程之间进行会话。会话层利用传输层提供的端到端的服务，向表示层提供它的增值服务。这种服务主要为表示层实体或用户进程建立连接并在连接上有序地传输数据，这就是会话，也称建立同步（SYN）  
  会话层负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理及终止进程间的会话。会话层可以使用校验点使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信，实现数据同步。

（6）表示层（Presentation Layer）  
  表示层主要处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。不同机器采用的编码和表示方法不同，使用的数据结构也不同。为了使不同表示方法的数据和信息之间能互相交换，表示层采用抽象的标准方法定义数据结构，并采用标准的编码形式。数据压缩、加密和解密也是表示层可提供的数据表示变换功能。

（7）应用层  
  应用层是OSI模型的最高层，是用户与网络的界面。应用层为特定类型的网络应用提供访问OSI环境的手段。因为用户的实际应用多种多样，这就要求应用层采用不同的应用协议来解决不同类型的应用要求，因此应用层是最复杂的一层，使用的协议也最多。典型的协议有用于文件传送的FTP、用于电子邮件的SMTP、用于万维网的HTTP等。

######   2.TCP/IP模型 ######

模型从低到高依次为网络接口层（对应OSI参考模型中的物理层和数据链路层）、网际层、传输层和应用层（对应OSI参考模型中的会话层、表示层和应用层）。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
网络接口层的作用是从主机或结点接收IP分组，并把它们发送到指定的物理网络上。  
  网际层（主机-主机）是TCP/IP体系结构的关键部分。 它和OSI网络层在功能上非常相似。网际层将分组发往任何网络，并为之独立地选择合适的路由，但它不保证各个分组有序地到达，各个分组的有序交付由高层负责。网际层定义了标准的分组格式和协议，即IP。  
  传输层（应用-应用或进程-进程）的功能同样和OSI中的传输层类似，即使得发送端和目的端主机上的对等实体进行会话。传输层主要使用以下两种协议：  
  （1）传输控制协议（Transmission Control Protocol,TCP）,它是面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付。  
  （2）用户数据报协议（User Datagram Protocol,UDP）。它是无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”。

应用层（用户-用户）包含所有的高层协议，如虚拟终端协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、域名解析服务（DNS）、电子邮件协议（SMTP）和超文本传输协议（HTTP）。

######   3.TCP/IP模型与OSI参考模型的比较 ######

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教材中使用的是五层协议的体系结构，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQ0NzA5OTkw_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]

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