2020/10/3笔记-网络概述、拓扑类型、OSI模型

网络（network）

1、什么是网络

计算机网络（简称为网络）由若干节点（node）和连接的链路组成。网络中的节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

2、网络的作用是什么

网络最终为了解决的问题——资源共享（软件资源、硬件资源、信道资源）。

3、网络的拓扑图

（1）一个网络中基本包含三大类

终端、介质、网络设备

（2）计算机网络的主要拓扑结构类型

1）总线型拓扑结构

使用集线器连接若干台计算机组成的网络。（只要使用了集线器，那么连接而成的网络就是总线型的）

2）环型拓扑结构

使用令牌环的介质连接而成的网络就是环形结构的。

3）星型拓扑结构

如果是二层连接，中间的结构就是交换机，把若干台主机连接在一起；如果是三层连接，中间的结构就是路由器，把若干台主机连接在一起。

4）互连拓扑结构

多Hub（集线器）冗余的拓扑结构，防止单点故障导致网络瘫痪。

4、网络的分类

（1） 按作用范围分

PAN（个人局域网）、LAN（局域网）、MAN（城域网）、 WAN（广域网）。

（2） 按网络的使用者分

公用网（public network）、专用网（private network）

互连网（internetwork或internet）

1、什么是互连网

网络之间通过路由器连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网（internetwork或internet）。互连网是“网络的网络”。

互联网（Internet）

1、什么是互联网

internet（互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络；Internet（互联网或因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET

计算机网络的性能指标

1、速率

网络技术中的速率指的是数据的传送速率，它也称为数据率（data rate）或比特率（bit rate）。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是bit/s（比特每秒）（或b/s，有时也写为bps，即bit per second）。当数据率较高时，就常常在bit/s的前面加上一个字母。例如，k（kilo）=10^3=千，M（Mega）=10^6=兆，G（Giga）=10^9=吉，T（Tera）=10 ^12 =太，P（Peta）=10^15=拍，E（Exa）=10^18=艾，Z（Zetta）=10^21=泽，Y（Yotta)=10^24=尧。

2、带宽

带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。在计算机网络中带宽用来表示网络中某通道传递数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”，单位就是数据率的单位bit/s，是“比特每秒”。

3、吞吐量

吞吐量表示在单位时间通过某个网络（或信道、接口）的实际的数据量。吞吐量受网络带宽或网络的额定速率的限制。对1Gbit/s的以太网，其实际的吞吐量可能只有100Mbit/s，或更低。有时吞吐量还可以用每秒传送的字节或帧数来表示。

4、时延

时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的时间。有时也称为延迟或迟延。

总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。

（1）发送时延

发送时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也叫传输时延。发生在机器内部的发送器中（一般就是发生在网络适配器中），与传输信道的长度（或信号传送的距离）没有任何关系。

（2）传播时延

传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。计算公式：传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）。发生在机器外部的传输信道媒体上，与信号的发送速率无关。信号传送的距离越远，传播时延就越大。

（3）处理时延

主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，例如分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等。

（4）排队时延

分组在经过网络传输时，要经过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。排队时延的长短往往取决于网络当前的通信量。

5、时延带宽积

时延带宽积=传播时延带宽，链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。

6、往返时间

在计算机网络中，往返时间RTT也是一个重要的性能指标。这是因为在许多情况下，在互联网上的信息不仅仅单方向传输而是双向交互的。

7、利用率

利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。信道利用率并非越高越好。这是因为，根据排队论的理论。当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。D=D0/(1-U)，D表示网络当前的时延，D0表示网络空闲时的时延，U表示利用率。

计算机网络的非性能特征

费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性和可升级性、易于管理和维护

OSI模型（开放式系统互联通信参考模型）

1、第一层：物理层（Physical Layer）

物理层在局部局域网上传送数据帧（data frame），所传数据的单位是比特，对应的实体是传输介质，它负责管理计算机通信设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机适配器等。

2、第二层：数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层所传数据的单位是帧，对应的实体是交换机，数据链路层负责网络寻址、错误侦测和改错。当表头和表尾被加至数据包时，会形成帧。数据链表头（DLH）是包含了物理地址和错误侦测及改错的方法。数据链表尾（DLT）是一串指示数据包末端的字符串。例如以太网、无线局域网（Wi-Fi）和通用分组服务（GPRS）等。分为两个子层：逻辑链路控制（logic link control，LLC）子层和介质访问控制（media access control，MAC）子层。

3、第三层：网络层（Network Layer）

网络层所传数据的单位是分组或包，对应的实体是路由器，网络层决定数据的路径选择和转寄，将网络表头（NH）加至数据包，以形成分组。网络表头包含了网络数据。例如：互连网协议（IP）等。

4、第四层：运输层（Transport Layer）

运输层所传数据的单位是报文段，对应的实体是主机，运输层把传输表头（TH）加至数据以形成数据包。传输表头包含了所使用的协议等发送信息。例如：传输控制协议（TCP）等。

5、第五层：会话层（Session Layer）

会话层对应的实体是应用程序，负责在数据传输中设置和维护计算机网络中两台计算机之间的通信连接。

6、第六层：表示层（Presentation Layer）

表示层负责数据转换，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，并实现对数据的加密。

7、应用层（Application Layer）

应用层所传输数据的单位是报文，应用层提供了为应用软件而设计的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。例如：HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3等。