计算机网络概述
计算机网络的定义：
以能够相互共享资源的方式互联起来的自治计算机系统的集合
- 主要特征
- 资源共享
- 分布在不同的地理位置的”自治系统”
- 遵循一定的规则-协议
- 计算机网络的发展历史
- 以单处理机为中心的多终端联机系统(集中式)
- 分组交换网络(数据分组，存储转化)
- 分布式控制
- 网络分层：通信子网和资源子网
- 体系结构标准化网络
拓扑结构(物理结构)
- 总线型拓扑结构: 共享同一根总线
- 星型拓扑结构：由中央节点和通过点到点链路链接到中央节点的各节点组成
- 环形拓扑结构：首尾相连的总线型拓扑结构
- 树型拓扑结构: 形状为一颗倒置的树，由根和页节点组成
- 网状拓扑结构：没有明晰结构的拓扑结构(两个节点需要其他节点转接，并且有多条线路可以选择)
前四种是局域网中使用的，最后一种是广域网中使用的。
网络的传输方式
- 广播式(解决冲突的问题)
- 所有的计算机共享一条通信通道
- 任一台计算机发出的信息可以直接被其他所有计算机接收
- 两台以上计算机同时发送会产生冲突
- 点到点式(路由选择的问题)
- 一条线路连接两个网络互连设备(点到点)
- 一般情况下，两台计算机间的传输要进过多台网络互连设备
- 一般情况下，两台计算机间的传输有多条路径可以选择
网络体系结构
- 研究方法
- 按功能抽象分层(层)
- 定义层间的接口和提供的服务(服务)
- 定义同层间通信的规则-协议(协议)
- 网络体系的定义
- 层
- 服务
- 协议
- 要解决的问题
- 编址机制(addressing)
- 数据传输(data transferring)
- 差错问题(error controlling)
- 顺序问题(sequence controlling)
- 流量控制(flow controlling)
- 拆分与重组(disassembling and reassembling)
- 复用与解复用(multiplexing & demultiplexing)
- 路由(routing)
- 实体
- 层中的活动单元
- 可以是软件(如进程)，也可以是硬件(如网卡、智能输入/输出芯片)，不同网络层次中的实体的功能可以相同
- 对等实体(同等实体)：位于不同子系统的同一层的实体间的互称
- 层
- (n)层：指在网络体系结构中的某特定层
- (n + 1)层：指(n)层的相邻上层
- (n - 1)层：指(n)层的相邻下层
- 每层实体与同一系统的相邻层实体交互
- 每层实体与不同系统的对等实体交互
- 协议
- 计算机网络同等层次中，通信双方进行信息交换时必须遵守的规则
- 协议的组成
- 语法(syntax)：以二进制形式表示的命令和相应的结构
- 语义(semantics)：由发出的命令请求，完成的动作和回送的响应组成的集合
- 定时关系(timing)：有关事件顺序的说明
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在计算机网络分层结构中，每一层的本质都是为它的上层提供服务
-
服务Service：(n)层实体向(n+1)层实体提供的相互通信的能力
- 服务时(n+1)实体能看到的(n)实体提供的功能的集合，包括：
- (n)实体自己提供的某些功能
- 从(n+1)层及以下各层及本地系统得到的服务
- 通过与对等实体通信而得到的功能
- 服务访问点(Service Access Point)
- 任何层间服务时在接口的SAP上进行的
- 每个SAP有唯一的识别地址
- 每个层次间接口可以有多个SAP
- 在网络中信息传递的单元，称之为数据单元
- 对等实体在协议的控制下交换信息
- 相邻实体按照服务交换信息
- 数据单元包括
- 协议数据单元 PDU
- 接口数据单元 IDU
- 服务数据单元 SDU
- 协议数据单元(PDU)
- 格式：PCI(协议控制信息) 用户数据
- PCI(协议控制信息)是为实现协议而在传送的数据的首部或者尾部加的控制信息，如：地址、差错控制信息、序号信息等
- 用户数据为提供服务而传送的信息
- 考虑到协议的要求，如时延、效率等因素，PDU的大小一般都有一定的长度要求
- 接口数据单元(IDU)
- 格式：ICI(接口控制信息) 用户数据
- ICI(接口控制信息)是接口再通过层间接口时，添加的一些控制信息，如通过多少字节、或要求的服务质量等
- ICI只对PDU通过接口时有作用
- 接口数据为通过接口进行传送的信息内容
- 服务数据单元(SDU)：上层服务用户所要求传递的数据单元
- 由于PDU的大小一般都有一定的长度要求。因此，PDU的用户数据部分可能是经过分段或合并的SDU
- 服务的分类
- 面向(基于)连接的服务
- 传递数据时，首先建立连接，然后使用该连接传递数据，使用完后，关闭连接
- 特点：可靠，顺序性好
- 无连接服务
- 直接使用服务传送数据，每个包独立运行路由选择
- 特点：不可靠，顺序性差
- 面向(基于)连接的服务
- 协议与服务
- 服务是各层向上层提供的一组原语(操作)，只定义接口不涉及具体实现
- 协议定义同层对等实体的具体规则
- 实体利用协议实现服务定义的接口；只要服务不变，可以任意改变协议
开发互联参考模型(OSI参考模型)
- 物理层(Physical)
- 在物理介质上透明的传送原始比特流
- 物理层特征包括
- 机械特性：物理连接器的尺寸、形状、规格
- 电气特性：信号电平，脉冲宽度，频率，数据传送率，最大传送距离等
- 规格特性：信号时序，应答关系，操作过程
- 功能特性：接口引脚的功能作用
- 数据链路层(Data Link)
- 在物理线路上提供可靠的数据传输，使之对网络层呈现为一条无错的、点到点链路
- 主要功能和服务
- 物理地址(全球唯一)
- 成帧
- 定界与同步
- 差错控制
- 流量控制
- 信道的访问控制
- 网络层(Network)
- 在源结点和目的结点间提供端到端的数据传输(通信子网的端到端)
- 主要的功能和服务
- 路由选择
- 数据分组转发
- 流量控制和拥塞控制
- 差错检测与恢复
- 审计：流量统计和记账
- 传输层(Transport)
- 为源端主机到目的端主机提供可靠的、满足服务质量要求的数据传输服务(资源子网的端到端)
- 主要功能和服务
- 屏蔽不同通信子网的差异，使上层不受通信子网技术变化的影响
- 弥补资源子网和通信子网间的差异
- 提供进程级通信能力(端口)
- 传输层是通信子网与资源子网的承上启下
- 会话层(Session)和表示层(Presentation)
- 会话层：建立、管理和中止不同机器上的应用程序之间的会话(完成一项任务而进行的一些列相关的信息交换)
- 表示层：处理被传送数据的表示问题，即信息的语法和语义
- 应用层(Application)
- 为用户的应用程序提供网络通信服务
- 主要的功能包括
- 识别并证实目的通信方面的可用性
- 使协同工作的应用程序之间进行同步
- 判断是否为通信过程申请了足够的资源
总结
- 应用层(报文)
- 负责用户信息的语义表示，即：做什么？
- 表示层(报文)
- 解决用户信息的语法表示，即：任务怎么描述？
- 会话层(报文)
- 会话的管理与数据的同步，即：从何时、何处开始？
- 传输层(报文)
- 建立一条传输的连接，即：对方在何处？
- 网络层(分组和包)
- 选择合适的路由，即：走哪条路可到达该处？
- 数据链路层(帧)
- 在链路上无差错地传送帧，即：每一步应该怎么走？
- 物理层(比特)
- 将比特送到物理链路中传送，即：怎么利用物理链路？
TCP/IP层次结构
- 网络接口层：TCP/IP协议集把物理层和数据链路层结合起来称之为网络接口层
- 没有具体协议
- Internet层(网际层)：控制通信子网提供源节点到目的结点的IP包传送
- 以IP为核心
- 传输层：提供端到端的数据传送服务
- TCP 和 UDP
- 应用层：提供各种Internet管理和应用服务功能
- FTP、SMTP…
数据通信技术
数据通信理论基础
传输介质
数据编码
信道复用技术
数据交换技术
物理层规程
数据链路控制
对物理层增加一层控制，发现并解决物理链路层传输不可靠的问题
