网络体系结构

概念与功能

网络：网站系统
计算机网络：将一个分散的，具有独立功能的计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统
计算机网络的功能：数据通信，资源共享，分布式处理，提高可靠性，负载均衡，…
发展阶段-第一阶段：ARPAnet(美国国防部的分散指挥系统) -> Internet(TCP/IP协议)
发展阶段-第二阶段：1985后，三层结构的因特网(校园网，地区网，主干网)
发展阶段-第三阶段：多层次的ISP结构(本地ISP，地区ISP，主干ISP，电信，移动，联通都是ISP)
组成：硬件，软件，协议(一系列规则和约定的集合)

工作方式

边缘部分（C/S方式:客户和服务；P2P方式：对等连接peer-to-peer）
核心部分（为边缘部分服务）

功能组成

通信子网（网络层，数据链路层，物理层）：各种传输介质，通信设备，对应的网络协议组成
资源子网（应用层，表示层，会话层）：实现资源共享/数据处理的设备和软件的集合
传输层（承上启下）

标准化工作及相关组织

标准分类

法定标准：由权威机构制订的正式的，合法的标准，如OSI模型
事实标准：某些公司的产品在竞争中占据了主流产生的标准，如TCP/IP协议

标准化工作

RFC要上升为Internet正式标准的四个阶段

因特网草案
建议标准
草案标准（现在已经取消了）
因特网标准

性能指标

速率：数据率，数据传输率，比特率。连接在计算机网络的主机在数字信道上传输数据位数的速率，单位有b/s,kb/s,Mb/s等，都是100倍关系
存储容量：1Byte=8bit;1kb=2^10B=1024B=1024*8b(一般用比特，不是字节)
带宽：表示网络的通信线路传送数据的能力。单位是b/s，链路带宽=1MB/s，意味着主机在1us内可向链路发送1bit数据
吞吐量：单位时间内，通过某个网络或信道或接口的数据量，单位b/s等。受到网络的带宽和网络的额定速率的限制，多个服务器的最高速率相加，最高不可能超过带宽
时延：从网络的一端传送到另一端所需的时间，单位是s，分为发送时延(传输时延),传播时延，排队时延，处理时延
发送时延：数据长度/信道带宽
传播时延：信道长度/电磁波在信道上的传播速率
排队时延：等待输入(或输出)链路的可用时间
处理时延：检错，找出口
时延带宽积：传播时延*带宽，单位b。又被称为以比特为单位的链路长度
往返时间RTT：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认总共经历的时延
RTT越大，在收到确认之前，可发送的数据越多
RTT包括：往返传播时延，末端处理时间
利用率：分为信道利用率和网络利用率
信道利用率：有数据通过的时间/总时间
网络利用率：信道利用率加权平均值

分层结构、协议、接口、服务

为什么要分层

发送文件之前要完成的动作

发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活
要告诉网络如何识别目的主机
发起通信的计算机要查明目的主机是否开机，并且与网络链接正常
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准备好工作
确保差错和意外可以解决
…

因此需要分层

分层的原则

每层相对独立
每层界面自然清晰，易于理解
每层都采用最合适的技术来实现
保持下层和上层的独立性
分层结构应该促进标准化工作

实体：第n层的活动元素被称为n层实体，同一层的实体叫对等实体

协议：为进行网络中对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定

语法：规定传输数据的格式
语义：规定所要完成的功能
同步：规定各种操作的顺序

接口：上层使用下层服务的入口

服务：下层为相邻层提供的功能调用

SDU数据服务单元：为完成用户所要求的功能而应传送的数据（上一层真正有意义的信息）

PCI协议控制信息：控制协议操作的信息（控制信息）

PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单元（上面两种信息之和）

PCI+SDU=PDU：紧接着PDU作为下一层的SDU，是一个类似于金字塔的结构

OSI参考模型

OSI是7层模型，是法定标准，但现在基本上都是用TCP/IP协议，理论是成功的，但市场是失败的

应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层

通信过程

应用层

面向用户的所有能和用户交互产生网络流量的程序就是应用层

典型的服务：

文件传输(FTP)
电子邮件(SMTP)
万维网(HTTP)
…

表示层

用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式（语法和语义）

功能：

数据格式变换
数据加密/解密
数据压缩和恢复

协议：JPEG，ASCII

会话层

向表示层/用户进程提供建立连接，并在连接上有序的传输数据。这就是会话，也被称为建立同步(SYN)

功能：

建立、管理、终止会话
通过校验点可使会话在通信失效时，从校验点/同步点继续恢复通信，实现数据同步（传输大文件）

协议：ADSP，ASP

传输层

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：

可靠传输、不可靠传输
差错控制
流量控制
复用分用

复用：多个应用进程可同时使用下面运输车的服务

分用：运输层把收到的信息分别交付给上面应用层相应的进程

协议：UDP，TCP

网络层

主要任务是把分组从源端传送目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。

功能：

路由选择：选择合适的路由（最佳路径）
流量控制：协调发送端和接收端的速度
差错控制
拥塞控制：通过一定措施缓解所有节点都来不及接收分组的状态

协议：IP，IPX，ICMP，IGMP，ARP，RARP，OSPF

数据链路层

主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。数据链路层/链路层的传输单位是帧。

功能：

成帧（定义帧的开始和结束）
差错控制帧错+位错
流量控制
访问（接入）控制控制对信道的访问

协议：SDLC HDLC PPP STP

物理层

主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。传输单位是比特。

透明传输：指的是不敢是什么样的比特组合，都应当能够在链路上传送。

功能：

定义接口特性
定义传输模式单工、半双工、双工
定义传输速率
比特同步
比特编码

协议：Rj45 802.3

TCP/IP参考模型

与OSI参考模型差异

相同点

都分层
基于独立协议栈的概念
可以实现异构网络互联

不同点

OSI定义的三点
OSI先出现，参考模型先于协议发明，不偏向协议
TCP/IP设计之初就考虑到异构互联问题，将IP作为重要层次

面向连接分为三个阶段，1. 建立连接；2. 建立连接后传输数据；3.数据传输后关闭连接

五层参考模型

综合了OSI和TCP/IP的优点
应用层支持网络应用
传输层负责进程与进程的数据传输
网络层负责源主机到目的主机的数据分组与路由转发
数据链路层负责把网络层传下来的数据报封装成帧
物理层负责比特传输