计网笔记 01 概述计算机网络体系结构、参考模型-Toy模板网

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前言

本文为计算机网络第一章：计网体系结构的相关知识点归纳，其中模型参考尤为重要。

1、计网概述

1.1 概念、组成、功能、分类

1.1.1 概念

计网笔记 01 概述计算机网络体系结构、参考模型其中线路可以是逻辑连接，比如手机通过wifi和路由器相连。
1、信息传递：比如一台电脑到另一台电脑之间传一个pdf
2、资源共享：同一个计算机网络上的其他计算机可使用某台计算机的计算机资源的行为，可以共享硬件（打印机），软件（远程）、数据（百度文库上传下载）
3、分布式处理
4、提高可靠性
5、负载均衡

补充概念
网络：把许多计算机连接在一起
互联网：把许多网络连接在一起
因特网：世界上最大的互联网
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1.1.2 计网组成

1、组成
硬件：端系统，路由器交换机等等
软件：硬件中包含的软件
协议：一系列规则和约定的集合，规定数据如何传输

2、工作方式★

2.1边缘部分：端系统（电脑，服务器，摄像头）。端与端的通信，其实指的是两个端系统之间的进程通信，这种通信会包含两种或方式：

2.1.1、C/S方式 Client/Server（最常用）
<举例：发微信> 用户（client）发微信，会先到服务器（server），再发给不同的用户。但资源有限，所以可能会导致卡顿
B/S方式 Browser/Server 把客户换成浏览器
2.1.2、P2P ：peer-to-peer 对等的，所有主机都有两个身份，提供服务的服务者或者是享受服务的客户。下面这个例子，比如A有大小500的文件，BCD都想要，可以先给BCD发一部分，BCD之间也可以互相传，就不用等A单方面一个一个给BCD传了。
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2.2 核心部分：
路由器和网络

3、功能组成★
根据ISO模型，网络被分成7层，上3层对数据进行封装处理，下3层把数据送上路。传输层用于弥补两大块的差异，同时屏蔽一些通信子网的信息。

<举例>
A要买口红，商家打包口红（打包数据），放到多大的盒子，放不放卡片（资源子网对数据的处理），把东西送上车，怎么送，什么车（传输层的事情），货物开始运送（通信子网）。

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1.1.2 计网分类

1.按分布范围分
广域网WAN
城域网MAN
局域网LAN
个人区域网PAN

广域网和局域网不能简单用地理覆盖范围的大小划分。而是要看使用的技术。

广域网：交换技术
局域网：广播技术

⒉按使用者分
专用网公用网

3.按交换技术分
电路交换：建立连接，占用资源，释放连接。像打电话

报文交换，分组交换：特点是存储转发。比如A要给B发内容ab，ab会先到中间节点C，C会选择走哪一条路，同时C还可以发别的内容给B，而不是像电话交换一样只能先发ab

4、按拓扑结构分
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5.按传输技术分
广播式网络：共享公共通信信道（广播室网络常用总线型结构，一个端发出去，其他段都能看到，就像村里的大喇叭。）
点对点网络：使用分组存储转发和路由选择机制

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1.2 标准化工作及相关组织

1.2.1 标准的分类

法定标准：由权威机构制定的正式的、合法的标准 OSi

事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流，（TCP/IP）时间长了,这些产品中的协议和技术就成了标准

1.3 性能指标★★★

1.3.1 速率相关性能指标

1、速率

定义：
速率：数据率或者称为数据传输率、比特率
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率
单位:b/s,Kb/s,Mb/s,Tb/s, (1K = 10³)
如果用字节表示，则是B/s,KB/s,MB/s,TB/s （人为规定1K = 2¹⁰）
1Byte=8Bit

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2、带宽
计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常是指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。网络设备所支持的最高速度

打个比方：现在有一个A口，从A口每一秒最多可以走4个人出来。要通过一条通道B。那么这个口最多可以4个人一起走，但是实际上可能是2个人，或者一个人走（速率）。但无论几个人一起走，4个人从第一秒开始，走完这条通道一共是3s，第4s到达。2个人从第2秒开始，走完这条通道一共是3s，第5s到达。
母鸡一次性可以下2个蛋，最多可以下4个蛋，但是从鸡蛋孵化到小鸡要用的时间都是一样的。

3、吞吐量
指的是单位时间内通过某个网络的数据总量。

4、总结：
速率就是实际网速，带宽是理论网速（长城宽带警告），吞吐量是一个或多个设备的综合速率，

比如说1000m宽带的路由器连着三部手机，每部手机都是10mb/s，那么速率就是10mb/s, 带宽是宽带的1000m, 路由器吞吐量是30mb/s, 即三者之和。

1.3.2 时延相关指标

1、时延

发送时延：存在电脑内部，比如这组数据有10位，带宽10b/s，电脑最快也要1s来把这十位数据送上网络链路。

传播时延：上链路以后数据开始传播，此时的速度就取决于路程和在介质中的传播速率。与数据位数无关。

排队时延：数据在路由器前等待前面数据处理的时间
处理时延：数据在路由器中处理需求的时间
这两个都发生在路由器处（好比进安检，先排队（排队时延），被检查（处理时延），检查完以后也是排队走出检查口（排队时延））

使用高速链路（提高网速），只能减小发送时延，无法减少其他三个时延
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2、时延带宽积
公式：时延带宽积 = 传播时延X带宽
意思是链路上有多少比特的数据

3、往返时延RTT
发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认（接收端收到数据后便立即发送确认），总共经历的时延
RTT = 传播时延x2+处理时间(有时可能直接忽略)（接收端可能要处理一下再确认）

4、利用率

信道利用率：信道利用率 = 有数据通过时间/ 总时间（有+无数据通过时间）
网络利用率：网络利用率=所有信道利用率加权求平均值
时延和利用率的关系图：
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2、体系结构&参考模型★★★★★（对应王道视频7-10p 相当重要）

2.1 为什么要分层

(1)发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。(确保这条路能有)
(2) 要告诉网络如何识别目的主机。
(3) 发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络连接正常。
(4) 发起通信的计算机要弄清楚，对方计算机中文件管理程序是否已经做好准备工作。（是否做好接收文件的准备，是否有足够的空间)
(5) 确保差错和意外可以解决

2.2 分层结构

分层结构，相当于C++的类。不同的模型就相当于这个类的实例对象。

1、怎么分层：
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举例说明：
有一瓶酒（实体1），被包上棉花（实体2），装进木箱（实体3），运输给别人。
对方拿到手以后，拆开木箱得到包棉花的酒（此时还是木箱+棉花+酒，所以是实体3），再拆棉花（实体2），最后得到酒（实体1）

2、正式认识分层结构：

实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
协议 : 为进行网络中的对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】
协议三要素：
语法：规定传输数据的格式（比如数据从哪里分割，哪里开始，那里结束）
语义：规定所要完成的功能（规定被分割的每一段都是什么含义）
同步：规定各种操作的顺序（规定哪一个数据包先发后发）
接口（访问服务点SAP)：上层使用下层服务的入口，下层为上层提供服务的接口
服务：下层为相邻上层提供的功能调用。【垂直】【单向】
注意：第4层再想第五层提供服务的时候，第5层获得的不仅是第四层自身的功能，还有1 2 3层的。
SDU服务数据单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据。（含金量比较高的数据）
PCI协议控制信息：控制协议操作的信息。
PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单位。

PCI + SDU = PDU
第5层的PDU就是第4层的SDU（层级由小到大，自下而上）
PDU ：Protocol Data Unit
SDU ：Service Data Unit
PCI ：Protocol Control Information

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2.3 参考模型

2.3.1 ISO/OSI模型（7层）（法定标准）

1、简介
计网笔记 01 概述计算机网络体系结构、参考模型资源子网：数据处理
通信子网：数据传输

2、通信过程 计网笔记 01 概述计算机网络体系结构、参考模型上面四层在包装的时候，会直接针对要传送的端。而下面三层是针对下一个点，比如主机A先到路由器1，路由器1到路由器2。是不是考虑主机A到B的。

举例
上面四层是商家和买家，卖家只管这个东西要包装好送到买家手里，但是快递公司（点到点）要知道从卖家到买家要经过的中转站，中转站只知道下一步要去哪里，但不会拆开快递。

在到达路由器1的时候会有下三层的拆分，获取一些信息，然后再包装发送出去。中间系统最多到第三层，没有更上层的操作。

3、通信过程中每一层做的事情
应用层：贴头部（控制信息：检验差错、找下一步地址、规定数据包的优先级等等）（H：head）

网络层及以上，每一层都要对上一层发送的数据进行处理（加个头部）
数据链路层不仅需要加头部，还需要加尾部
物理层什么都不加，只管发送数据（比特流）

左边：根据协议一层层贴包装
右边：根据协议一层层拆包装
每一层用的相同协议
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DATA ：SDU
H7：PCI
DATA+H7 = 7-PDU = 6-SDU

PCI + SDU = PDU
PDU ：Protocol Data Unit 协议数据单元
SDU ：Service Data Unit 服务数据单元
PCI ：Protocol Control Information 协议控制信息

4、OSI各层功能及协议

4.1 应用层 Application Layer：
所有能和用户交互产生网络流量的程序。（比如QQ）

典型应用层服务	采用协议
文件传输	FTP
电子邮件	SMTP
万维网	HTTP

4.2 表示层 Presentation Layer：
把数据转换为能与接收者的系统格式兼容并适合传输的格式，即让两个系统可以交换信息。

功能1：数据格式变换（翻译官）
功能2：数据加密解密
功能3：数据的压缩和恢复

4.3 会话层 Session Layer
让表示层的实体/用户进程（正在运行的程序）建立连接，并在连接上有序地传输数据。

这是会话，也是建立同步（SYN），
会话之间彼此独立互不影响。比如开了两个网页，一个看电影（会话1），一个看图片（会话2），此时在电影界面按快进，只是会话1作出反应，不影响看图片的网页。

功能1：建立、管理、终止会话
功能2：使用校验点可以让会话在通信失效时，从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步。
<举例>
比如小说有 4章，每一章都插入一个校验点，前三章传完通信中断，恢复以后就可以从第四章开始传，而不是从头传

4.4 传输层 Transport Layer
第一个面向端到端通信的层次，是资源子网和通信子网之间的接口
负责主机中两个进程的通信，即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。

功能1：可靠传输，不可靠传输
可靠传输：把一个大文件分成好几个报文段，每发一个，接收端（注意是“端”，不是“点”）都要回复一个“收到”，接收到这个信息再发下一个。如果没有收到，就再发一遍。
不可靠传输：很小的数据，比如一个报文段能解决的

功能2：差错控制
如果报文段出现丢失，或者顺序错误，传输层会纠正

功能3：流量控制
接收能力有限，控制一下发送方的速度

功能4：复用分用
复用：多个应用层进程可以同时使用下面的运输层服务
分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层中相应的进程。
<举例>
每个进程都有自己的端口号，比如QQ是1，微信是2。手机A分别用QQ和微信给别人，可以用同一个运输层把他们送出去（复用），接下来再依靠端口号将信息给到不同的进程（分用）

4.5 网络层 Network Layer
数据报过大时，会拆分成“分组”，更灵活消耗更小
网络层的主要任务：把分组从源端传递到目的端（不是端对端了），为分组交换网上面的不同主机提供通信服务。
网络层传输单位是：数据报