第一章计算机网络体系结构
第408章 大纲要求
(一)计算机网络概述
2.计算机网络的分类
3、计算机网络主要性能指标
(2)计算机网络体系结构和参考模型
1.计算机网络分层结构
2.计算机网络协议、接口、服务等概念
3.ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型
重要测试点
1.OSI参考模型和TCP/IP模型
2.掌握计算机网络协议、接口、服务等概念
3.掌握网络架构的概念以及分层的必要性（包括5层、7层结构）
4、无连接服务和面向连接服务的联系和区别
本章内容
1.1 计算机网络概念
1.2 计算机网络的组成
1.3 计算机网络的功能
1.4 计算机网络的分类
1.5 计算机网络的性能指标
1.6 计算机网络体系结构和参考模型
1.7 总结
1.1
计算机网络概念
计算机网络是通过通信设备和线路将分散的具有独立功能的计算机系统连接起来，通过功能齐全的软件实现资源共享和信息传输的系统。
最简单的定义：计算机网络是互连的、自治的计算机系统的集合。
1.2
计算机网络的组成
1）从物理组成上看，计算机网络包括硬件、软件和协议三部分。
2）从工作方式来看，计算机网络可分为边缘部分和核心部分。
3）从功能组成来看，计算机网络由通信子网和资源子网两部分组成。
注：通信子网包括物理层、数据链路层和网络层。
1.3
计算机网络的功能
它有五个主要功能：
1.4
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、个域网PAN。
2）按拓扑结构分类：星型网络、总线型网络、环形网络、网状网络（多用于广域网）。
3）按传输技术分类：广播网络、点对点网络。
4）按用户分类：公网、专网。
5）按数据交换技术分类：电路交换网络、消息交换网络、分组交换网络。
1.5
计算机网络性能指标
1）带宽。带宽代表网络通信线路传输数据的能力。它是数字通道可以传输的“最高数据传输速率”的代名词。单位为比特每秒 (b/s)。
2）时间延迟。指数据（一条消息或数据包）从网络（或链路）的一端传输到另一端所需的总时间。它由四部分组成：发送延迟、传播延迟、处理延迟和排队延迟。总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。
3) 延迟带宽积。它是指当发送方发送的第一个比特即将到达终点时，发送方已经发送了多少比特，因此也称为以比特为单位的链路长度，即时延带宽乘积=传播时延×信道带宽。
4) 往返延迟(RTT)。是指从发送端发送一个短数据包到发送端收到接收端的确认（接收端收到数据后立即发送确认）所经历的总延迟。在互联网中，往返时延还包括各中间节点的处理时延、排队时延以及转发数据时的发送时延。
5）吞吐量。指单位时间内通过某个网络（或通道、接口）的数据量。吞吐量受网络带宽或网络额定速率的限制。
6) 率。网络中的速率是指连接到计算机网络的主机在数字通道上传输数据的速率。它也称为数据传输速率、数据速率或比特率。单位是b/s（位/秒）（或bit/s，有时写为bps）。在计算机网络中，最大数据传输速率通常称为带宽。
7) 渠道利用。指出某个通道有数据通过的时间占多少百分比，即通道利用率=数据通过时间/（有+无）数据通过时间。
1.6
计算机网络体系结构和参考模型
1.6.1 为什么要分层？分层的基本原则如下：
1）每一层实现相对独立的功能，降低大型系统的复杂度。
2）各层之间的接口自然清晰，易于理解，尽可能少的沟通。
3）各层功能的精确定义与具体的实现方法无关，可以使用最合适的技术来实现。
4) 保持下层与上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务。
5）整个分层结构应有利于标准化工作。
由于分层后各层相对独立且灵活，因此分层架构易于更新（替换单个模块）、易于调试、易于通信、易于抽象、易于标准化。但层数越多，某些功能不可避免地会在不同层中重复出现，导致额外的开销，降低整体运行效率。层数越少，每一层的协议就会变得过于复杂。因此，分层时应考虑分层清晰度与运行效率之间的权衡，以及层数。
1.6.2 在计算机网络的层次结构中
n 级的活动元素通常称为 n 级实体。具体来说，实体是任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程，通常是特定的软件模块。不同机器上的同一层称为对等层，同一层上的实体称为对等实体。第 n 层中的实体实现的服务由第 n+1 层使用。在这种情况下，第n层称为服务提供者，第n+1层为用户服务。
1.6.3 各个层次的计算机网络体系结构
每个消息分为两部分：一是数据部分，即SDU；另一个是控制信息部分，即PCI，它们一起组成了PDU。
层间传输数据时，将从第n+1层接收到的PDU作为第n层SDU，加上第n层的PCI，成为第n层PDU，交给第n-1层。该层作为SDU发送后，接收方在接收时进行相反的处理。因此，可以看出，三者之间的关系是n-SDU + n-PCI = n-PDU = (n-1)-SDU。变换过程如图1.5所示。
1.6.4 层次结构的含义包括以下几个方面：
1）第n层的实体不仅要使用第n-1层的服务来实现自己定义的功能，而且还要向第n+1层提供本层的服务。该服务是第n层及其以下各层提供的服务。和。
2）最底层仅提供服务，是整个层次结构的基础；中间层既是下一层的服务使用者，又是上一层的服务提供者；最高层为用户提供服务。
3）上层只能通过相邻层之间的接口使用下层的服务，而不能调用其他层的服务；下层提供的服务的实现细节对上层是透明的。
4）当两台主机通信时，对等层逻辑上有一条直接停止路径，这意味着信息不经过下层而传输到对方。
1.6.5 协议
协议是一种规则，是管理两个对等实体之间（即水平）通信的规则。协议由以下3部分组成：
1）语义：对组成协议的元素含义的解释，即“说什么”。
2）语法：数据和控制信息的结构或格式，即“怎么说”。
3）同步：规定事件的执行
1.6.6 接口
接口也称为服务访问点。从物理层开始，每一层向上层提供服务接入点，即没有接口就无法提供服务。
1.6.7 服务
服务是指下层向相邻的上层提供的功能调用。协议是横向的，而服务是纵向的，即下层通过接口向上层提供服务。服务分为以下3类：
1）面向连接的服务：通信双方通信时，必须预先建立通信线路，包括接收、使用连接、释放连接三个过程。 TCP是面向连接的服务协议，电话系统是面向连接的模型。
2）无连接服务：通信双方不需要预先建立通信线路。相反，每个带有目标地址的数据包（消息组）都会被发送到线路，然后系统选择一条路由进行传输。 IP和UDP是两种无连接服务协议，邮政系统就是无连接模式。
1）有响应服务：接收方收到数据后给发送方相应的响应。
2）无响应服务：接收方收到数据后不自动响应。
1）可靠的服务：网络具有检错、纠错和响应机制，保证数据正确、可靠地传输到目的地。
2）服务不可靠：网络无法保证数据正确、可靠地传输到目的地。网络只能尽可能正确、可靠，这是一种“尽力而为”的服务。
1.6.8 协议、接口和服务之间的关系如图1.7所示
1.6.9 层间数据传输过程（五层模型）
图1-19说明了应用程序进程数据在层间传输过程中所经历的变化。为了简单起见，这里假设两台主机通过路由器连接。
假设主机1的应用进程AP向主机2的应用进程AP发送数据。AP首先将其数据交给该主机的第5层（应用层）。第五层加上必要的控制信息H就成为下一层的数据单元。第4层（传输层）收到这个数据单元后，加上本层的控制信息H4，然后传给第3层（网络层），成为第3层数据单元。等等。但到达第二层（数据链路层）后，控制信息分为两部分，分别添加到本层数据单元的头（H））和尾（T）；而第一层（物理层）是比特流传输，所以不添加控制信息。请注意，传输比特流时，应从标头开始传输。
当这一系列比特流离开主机1，通过网络的物理介质传输到路由器时，依次从路由器的第一层上升到第三层。每层根据控制信息进行必要的操作，然后剥离控制信息，并将本层剩余的数据单元交给更高层。当报文到达三层时，根据报头中的目的地址查找路由器中的转发表，找到转发该报文的接口，然后向下传输到二层。添加新的报头和报尾后，然后它进入底层 1，然后将每一位发送到物理介质上。
当这一系列比特流离开路由器到达目的主机2时，按照与上述相同的方式从主机2的第一层上升到第五层。最后，将应用进程AP发送的数据交给目的站的应用进程AP2。
1.6.10 五层模型各层总结
1.6.11 OSI参考模型和TCP/IP参考模型之间的相似之处
1）两者都采用分层架构。将一个大而复杂的问题划分为多个易于处理的较小问题，层的功能通常是相似的。
2）两者都是基于独立协议栈的概念。
3）两者都可以解决异构网络的互连，实现世界上不同厂家生产的计算机之间的通信。
1.6.12 OSI参考模型和TCP/IP参考模型的区别
1.7
总结
集思广益回顾重要测试点
1.OSI参考模型和TCP/IP模型
2.掌握计算机网络协议、接口、服务等概念
3.掌握网络架构的概念以及分层的必要性（包括5层、7层结构）
4、无连接服务和面向连接服务的联系和区别
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