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本文介绍: 概述计算机网络。节点主机及其上运行的应用程序路由器、交换机等网络交换设备边：通信链路接入网链路：主机连接到互联网的链路主干链路：路由器间的链路协议数以亿计的、互联的计算设备（端系统：end system 或者 host）：主机 = 端系统运行网络应用程序通信链路：光纤、同轴电缆、无线电、卫星传输速率 = 带宽（bps）分组交换设备：转发分组（packets）路由器和交换机协议控制发送、接收信息如TCP、IP、HTTP、FTP、PPP。

文章目录

前言

概述计算机网络。

一、什么是Internet？

1.从具体构成角度

什么是协议？

人类协议

网络协议

  • 类似人类协议
  • 机器之间的协议而非人与人之间的协议
  • Internet中所有的通信行为都受到协议制约

协议定义了在一个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收时间方面所采用的动作。

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2.从服务角度

3小结

二、网络边缘

网络结构（边缘通过接入连接核心，核心再将边缘联系一起，网络核心其实就是负责数据传输）
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1.采用网络设施面向连接服务（TCP）

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目标：在端系统之间传输数据

TCP服务[RCF 793]

2.采用基础设施的无连接服务（UDP）

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目标：在端系统之间传输数据

使用TCP的应用：

使用UDP的应用：

三、网络的核心

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1.电路交换

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在电路交换过程中，网络资源（如带宽）被分成片：

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电路交换不适合计算机之间的通信：

  • 连接建立时间长
  • 计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片较多
    • 即使这个呼叫没有数据传递，其所占据的片也不能够被别的呼叫使用
  • 可靠性不高?

2.分组交换

以分组为单位存储–转发方式

资源共享，按需使用:

Example:
L= 7.5 Mbits
R = 1.5 Mbps
3次存储转发的延时 = 15 s

排队和延迟:

网络核心的关键功能
路由：决定分组采用的源到目标的路径（查路由表）

转发：将分组从路由器的输入链路转移到输出链路

统计多路复用
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3.分组交换 VS 电路交换

分组交换允许更多用户使用网络

  • 1 Mbps 链路
  • 每个用户:
  • 电路交换:
  • 分组交换:
    • 假设有35用户
    • 大于等于10个用户活动的概率为0.0004 = 0.04%（99.6%的可能hold住，0.04%的可能hold不住，流量强度为1，网络会挂掉，瞬间进来的速度比出去的速度来的快，但是有队列，可以慢慢排队，挺过这0.04%，后面就顺风顺水，进来的少，出去的多，把这0.4%传出去，也算hold住）

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分组交换是“突发数据的胜利者”

4.分组交换的两种方式

  • 分组交换：分组的存储转发一段一段从源端传到目标端，按照有无网络层的连接分成：
    • 数据报网络（无连接）：
    • 虚电路网络（有连接）：

数据报的工作原理

  • 在通信之前，无须建立起一个连接，有数据就传输
  • 每一个分组都独立路由（路径不一样，可能会失序）
  • 路由器根据分组的目标地址进行路由

虚电路工作原理
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5.总结

网络分类

  • 通信网络

    • 电路交换网络
      • FDM
      • TDM
    • 分组交换网络
      • 虚电路网络
      • 数据报网络

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电路交换，独享线路，性能保障，信息共享程度能力较低，连接建立时间非常长但网络连接的建立有很大的突发性，所以不好。将带宽分片以共享信息通路:频分(fdm)，时分(tdm)，波分(wdm)，码分(cdma)

分组交换，将信息进行分组，待分组(当个分组不是整个报文）全部传输完时再进行转发，延时较高，可能丢包，但利于信道共享，有存储时延和排队时延。

数据报（无连接） ∶每个分组携带完整的地址，进行分组转发。
虚电路(有连接) ∶建立一个虚拟的电路，每个分组携带一个电路号进行存储转发。有连接，无连接和面向连接（网络层的连接)没有关系。

服务分为面向连接的服务(tcp)和无连接的服务(udp)。
追求可靠性选择TCP，追求时效选择UDP如多媒体控制设备。

四、接入网和物理媒体媒介

Q:怎样将端系统和边缘路由器连接?

注意：

1.住宅接入

modem:(modem越来越少，现在是移动联通光纤到户)
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电缆模式
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2.接入网

DSL：digital subscriber line：
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  • 采用现存的到交换局DSLAM的电话线
    • DSL线路上的数据被传入到互联网
    • DSL线路上的语音被传到电话网
  • 小于2.5Mbps上行传输速率（typically < 1Mbps）
  • 大于24Mbps下行传输速率（tyypically < 10Mbps）

线缆网络：

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  • 有线电视信号线缆双向改造（原有电视线缆只能传下行）
  • FDM：在不同频段传输不同信道的数据，数字电视和上网数据（上下行）
  • HFC: hybrid fiber coax
    • 非对称:最高3OMbps的下行传输速率, 2Mbps上行传输速率
  • 线缆和光纤网络将每个家庭用户接入到ISP路由器
  • 各用户共享到线缆头端的接入网络

家庭网络

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企业接入网络
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无线接入网络
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LAN：局域网
WAN：广域网

3.物理媒体

  • Bit：在传输-接收对间传播
  • 物理链路：在每个传输-接收对，跨越一种物理媒体
  • 导引型媒体:
    • 信号沿着固体媒介被导引:同轴电缆、光纤、双绞线
  • 非导引型媒体:
    • 开放的空间传输电磁波或者光信号，在电磁或者光信号中承载数字数据
    • 信号自由传播:如无线电

双绞线(TP)
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  • 两根绝缘铜导线拧合
    • 5类:10OMbps Ethernet. Gbps 千兆位以太网
    • 6类:10Gbps

同轴电缆
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  • 两根同心的铜导线
  • 双向
  • 基带电缆:
    • 电缆上一个单个信道
    • Ethernet
  • 宽带电缆:
    • 电继缆上有多个信道
    • HFC

光纤和光缆:
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无线链路

五、Internet结构和ISP

互联网网络结构：网络的网络

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一些大的公司（ICPs），如谷歌等，在全球部署自己的数据中心机房，自己铺专用电缆相连（或者有的地方是租电缆专用），一般这些机房都建在距离ISP比较近的地方，这样用户访问等到达ISP可以很快到达机房，如果这个机房没有，专用电缆向其他机房获取也很快。而铺设这些专用电缆是因为ISP费用贵，还有就是提供高质量服务。

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一个分组要经过许多网络
很多内容提供商(如:Google， Akamai )可能会部署自己的网络,连接自己的在各地的DC（数据中心），走自己的数据
连接若干local ISP和各级（包括一层）ISP，更加靠近用户
经济考虑:少付费
用户体验考虑:更快

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六、分组丢失、延时和吞吐量

分组丢失和延时是怎样发生的？
在路由器缓冲区的分组队列

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1.四种分组延时

1>节点处理延时：

2>排队延时：

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3>传输延时：

  • R=链路带宽(bps)
  • L=分组长度(bits)
  • 将分组发送到链路上的时间=L/R
  • 存储转发延时

4>传播延时：

  • d =物理链路的长度
  • s =在媒体上的传播速度(~2x108 m/sec)
  • 传播延时= d/s

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车队类比：

一个车队10个车，有两个收费站，现在车队在第一个服务站准备过站。

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节点延时：
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排队延时：
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Internet的延时和路由：
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2.分组丢失

3.吞吐量

吞吐量:在源端和目标端之间传输的速率（数据量/单位时间）

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吞吐量：链路上每一段实际可用带宽中最小的一个带宽，这个最小的带宽经常是瓶颈。

七、协议层次和服务模型

网络是一个复杂的系统!

  • 网络功能繁杂:数字信号的物理信号承载、点到点、路由、rdt、进程区分、应用等
  • 现实来看，网络的许多构成元素和设备:
    • 主机路由器
    • 各种媒体的链路应用
    • 协议
    • 硬件,软件

问题是：如何组织和实现这个复杂的网络功能————分层
解决：层次化方式实现复杂网络功能

1.服务和服务访问点

2.服务类型

  • 面向连接的服务和无连接的服务-方式
    • 面向连接的服务(Connection-oriented Service)
      • 连接(Connection):两个通信实体为进行通信而建立的一种结合
      • 面向连接的服务通信的过程:建立连接，通信，拆除连接
      • 面向连接的服务的例子:网络层的连接被成为虚电路适用范围:对于大的数据块要传输;不适合小的零星报文特点:保序
      • 服务类型:
    • 无连接的服务(Connectionless Service)
      • 无连接服务:两个对等层实体在通信前不需要建立一个连接，不预留资源;不需要通信双方都是活跃;(例:寄信)
      • 特点:不可靠、可能重复、可能失序
      • IP分组，数据包;
      • 适用范围:适合传送零星数据;
      • 服务类型：

3.服务和协议

  • 服务与协议的区别
  • 服务与协议的联系
    • 本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现
    • 本层实体通过协议为上层提供更高级的服务

4.分层处理和实现复杂系统的好处?

对付复杂的系统

5.Internet协议栈

  • 应用层:网络应用
  • 传输层:主机之间的数据传输
    • 在网络层提供的端到端通信基础上，细分为进程到进程，将不可靠的通信变成可靠地通信
    • TCP, UDP
  • 网络层:为数据报从源到目的选择路由
    • 主机主机之间的通信，端到端通信，不可靠
    • IP（转发分组）,路由协议
  • 链路层:相邻网络节点间的数据（以帧为单位的数据）传输
    • 2个相邻2点的通信，点到点通信，可靠或不可靠
    • 点对对协议PPP,802.11(wifi),Ethernet
  • 物理层:在线路上传送bit

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6.ISO/OSI参考模型

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7.封装和解封装

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8.各层次的协议数据单元

总结

以上就是计算机网络的概述。

原文地址:https://blog.csdn.net/weixin_62951900/article/details/134661501

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