计算机网络之王道考研读书笔记-1

第 1 章 计算机网络体系结构

1.1 计算机网络概述
1.1.1 计算机网络概念

internet(互连网):泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。这些网络之间可使用任意通信协议。
Internet(互联网或因特网):指当前全球最大的、开放的、由众多网络和路由器互连而成的特定计算机网络,它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则。
从定义来看,internet 包括 Internet

1.1.2 计算机网络的组成

三种组成方式:

  • 组成部分(硬件、软件、协议)
  • 工作方式(边缘部分、核心部分)
  • 功能组成(通信子网、资源子网)
    • 通信子网主要负责全网的数据通信,为网络用户提供数据传输、转接、加工和转换等通信处理工作。它主要包括通信线路(即传输介质)、网络连接设备(如网络接口设备、通信控制处理机、网桥、路由器、交换机、网关、调制解调器和卫星地面接收站等)、网络通信协议和通信控制软件等。
    • 资源子网主要负责全网的信息处理,为网络用户提供网络服务和资源共享等功能。它主要包括网络中所有的计算机、I/O设备和终端、各种网络协议、网络软件和数据库等。
1.1.3 计算机网络的功能

五大主要功能:

  • 数据通信
  • 资源共享
  • 分布式处理
  • 提高可靠性
  • 负载均衡
1.1.4 电路交换、报文交换与分组交换
1. 电路交换(必须先占有一条专用物理通信路径)

电路交换三部曲:建立连接、数据传输、释放连接
电路交换技术优点:

  • 通信时延小
  • 有序传输
  • 没有冲突
  • 使用范围广
  • 实时性强
  • 控制简单

电路交换技术缺点:

  • 建立连接时间长
  • 线路利用率低
  • 灵活性差
  • 难以规格化
  • 难以实现差错控制
2.报文交换(站式传输:报文接收完整才向下一站传数据)

数据交换单位是报文,用户数据加上源地址、目的地址等信息后,封装成报文(message)。
报文交换技术的优点:

  • 无需建立连接
  • 动态分配线路
  • 线路可靠性高
  • 线路利用率高
  • 提供多目标服务

报文交换技术缺点:

  • 转化时延高。报文接收完整才能转发到下一个结点。
  • 缓存开销大。报文没有大小限制,要求交换结点拥有较大的缓存空间。
  • 错误处理低效。长报文发生错误概率大,重传报文代价也大。
3.分组交换(将报文进行裁剪成数据包(Packet),每个数据包最大长度不超过 64 KB)

分组交换技术优点:

  • 无建立时延
  • 线路利用率高
  • 简化了存储管理
  • 加速传输
  • 减小了出错概率和重发数据量

分组交换技术缺点:

  • 存在存储转化时延
  • 需要传输额外的信息量
  • 当分组交换网采用数据包服务时,可能会出现失序、丢失或重复分组的情况,分组到达目的结点,还要排序。若采用虚电路服务,则虽然没有失序问题,但有呼叫建立、数据传输、虚电路释放三个过程。
4.技术对比

当要传输的数据量很大且传送时间远大于呼叫时间时,采用电路交换较为合适。
当端到端的通路由多段链路组成时,采用分组交换传送数据较为合适。
从提高整个网络的信道利用率来看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换时延小,适合计算机之间的突发式数据通信。

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1.1.5 计算机网络的分类
1.按分布范围分类
  • 广域网(WAN)
  • 城域网(MAN)
  • 局域网(LAN)
  • 个人区域网(PAN)
2.按传输技术分类
  • 广播式网络。所有联网计算机共享一个公共通信信道。根据分组的目的地址是否为自己来决定是否接收该分组。局域网基本上都采用广播式通信技术,广域网中的无线、卫星通信网络也采用广播式通信技术。
  • 点对点网络。通过中间结点转发,直至目的结点。
3.按拓扑结构分类
  • 总线形网络。
    • 优点:建网容易、增删结点方便、节省线路
    • 缺点:重负载时通信效率不高、总线任意一处对故障敏感
  • 星形网络。
    • 优点:便于集中控制和管理
    • 缺点:成本高、中央设备对故障敏感
  • 环形网络。可以是单环或双环,环中信号是单向传输的
  • 网状网络。多用在广域网中。分为规则型与非规则型。
    • 优点:可靠性高
    • 缺点:控制复杂、线路成本高。

以上 4 种基本的网络拓扑结构可以互连为更复杂的网络。

4.按使用者分类
  • 公用网(Public Network)
  • 专用网(Private Network)
5.按传输介质分类

传输介质可分为有线和无线两大类,因此网络可分为有线网络和无线网络。

  • 有线网络(双绞线网络、同轴电缆网络等)
  • 无线网络(蓝牙、微波、无线电等)
1.1.6 计算机网络的性能指标
  • 速率
  • 带宽
  • 吞吐量
  • 时延(发送时延、传播时延、处理时延、排队时延)
    • 发送时延,也称传输时延。发送时延 = 分组长度 / 发送速率
    • 传播时延。传播时延 = 信道长度 / 电磁波在信道上的传播速率
  • 时延带宽积。指发送端发送的第一个比特即将到达终点时,发送端已发出了多少比特,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。
  • 往返时延。指从发送端发出一个短分组,到发送端收到来自接收端的确认的确认总共经历的时延。
  • 信道利用率。信道利用率 = 有数据通过时间 / 总时间
1.2 计算机网络体系结构与参考模型
1.2.1 计算机网络分层结构

分层的基本原则:

  • 每层都实现相对独立的功能,降低大系统的复杂度。
  • 各层之间的接口自然清晰,易于理解,相互交流尽可能少。
  • 各层功能的精确定义独立于具体的实现方法,可以采用最合适的技术来实现。
  • 保持下层对上层的独立性,上层单向使用下层提供的服务。
  • 整个分层结构应能促进标准化工作。

基本概念:

  • 对等层: 不同机器上的同一层
  • 对等实体: 同一层的实体
  • 协议数据单元(PDU): 对等层之间传送的数据单位。分为数据和控制两部分。
  • 服务数据单元(SDU): 为完成用户要求的功能而传送的数据。
  • 协议控制信息(PCI): 控制协议操作的信息。
  • 三者关系: 发送方: n-SDU + n-PCI = n-PDU = (n-1)-SDU
1.2.2 计算机网络协议、接口、服务的概念

协议: 由语法、语义、同步(或时序) 三部分组成
接口: 同一结点内相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点(Service Access Point, SAP)。服务是通过 SAP 提供给上层使用的。
服务: 下层为紧邻的上层提供的功能调用,是垂直的。
服务原语: 上层使用下层提供的服务时使用的命令
OSI参考模型将原语划分为四类: 请求、指示、响应、证实。
协议、接口、服务三者之间的关系:
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计算机网络提供的服务可按以下三种方式分类:
(1) 面向连接服务与无连接服务
(2) 可靠服务和不可靠服务
(3) 有应答服务和无应答服务

1.2.3 ISO/OSI 参考模型和 TCP/IP 模型

(1) OSI参考模型

七层: 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
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通信子网: 物理层、数据链路层、网络层
资源子网: 会话层、表示层、应用层

物理层: 传输单位是比特,功能是在物理介质上为数据端设备透明地传输原始比特流。
数据链路层: 传输单位是帧。两台主机之间的数据总是在一段一段的链路上传输的。
网络层: 传输单位是数据包。网络层的协议有 IP、IPX、ICMP、IGMP、ARP、RARP、RIP、OSPF等。
传输层: 负责主机中两个进程之间的通信。传输层的协议有 TCP、UDP。
会话层: 允许不同主机上的各个进程之间进行会话。
表示层: 主要处理两个通信系统中交换信息的表示方式。
应用层: 最高层, 用户与网络的接口。

(2) TCP/IP 模型

四层: 网络接口层、网际层、传输层、应用层。
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TCP/IP 模型与 OSI 参考模型的层次对应关系
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第一章
第一节试题
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第一节答案
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第二节试题
1
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2
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3
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4
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6
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7
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8
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9
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10
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第二节答案
1 B
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2 C
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3 A
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4 D
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5 C
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6 B
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7 C
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8 A C C
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9 C
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10 A
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