计算机网络学习心得—概述

计算机网络学习心得之概述

1、前言

回想自己学习计算机网络的过程,从考计算机三级入门,在浏览CSDN的各种博客中逐渐深入,最后回归书中系统学习。“知识的输出对于自身的成长其实非常重要”,这句话让我决定用写博客的方式记录下自己学习心得。目录结构就决定用谢希仁第五版《计算机网络》中的架构,只是细节上会修改一点。文中的词句,决定想到什么写什么,可能不会很专业,但是为了遵从初衷——整理自己所得,用自己的话输出。本文内容是书中的概述部分,觉得作为知识基础和一些拓展了解,还是有必要整理一下的,好了,开始整理。

2、计算机网络在信息时代中的作用

现在的21世纪,是一个数字化、网络化、信息化的时代,而要实现这些,就需要依靠完善的网络。网络这个词,准确的说不止我们第一时间想到的Internet它有三类:电信网络、有线电视网络和计算机网络。随着计算机网络的快速发展,三网融合的概念也被提出。对于以Internet为代表的计算机网络,其中的Internet有多种译名:因特网、互联网、网络、网;它有两大特点:连通性和共享性。想要更了解互联网,除了日常中从其应用入门是远远不够的,要从其工作原理出发,才能深入系统地理解。

3、互联网概述

计算机网络,从定义上说,是由若干结点和连接这些结点的链路组成。这里面说的结点,可以是路由器、集线器、交换机或主机等。计算机网络被称作网络的网络,也就是说网络是把许多计算机连接在一起,而计算机网络是把许多网络连接在一起(通过路由器),与网络相连的计算机,叫主机。当然,这里的互连,不止是硬件链路,还有逻辑上的,即各种软件层面上。

互联网基础结构的发展,经过了三个阶段:互连网(internet);三级结构互联网(主干网、地区网、校园网/企业网);多层次ISP结构互联网。ISP(Internet Service Provider)互联网服务提供者/提供商,可以从互联网管理机构中申请到很多IP地址,任何机构和个人可向ISP申请得到IP地址使用权。IP地址是很重要的存在,唯一标识一个主机,主机只有拥有了自己的IP地址才能上网。ISP根据覆盖范围和拥有的IP数量,分为:主干ISP、地区ISP、本地ISP
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互联网的运行需要标准,互联网标准化工作由互联网协会ISOC(Internet Society)这个国际性组织全面管理。ISOC下面有一个技术组织互联网体系结构委员会IAB(Internet Architecture Board),负责的是互联网协议的开发。IAB又设有两个工程部:互联网工程部IETF和互联网研究部IRTF,分别负责协议开发和标准化&需要长期考虑的问题(互联网一些协议、应用、体系结构等)。互联网标准都是以RFC(Request for Comments)形式在网上发表的,它的指定需要经过三个阶段:互联网草案,建议标准,互联网标准。草案阶段有效期为6个月,建议阶段就开始成为RFC文档,标准阶段每个标准将会得到一个被分配的编号STD xx,与多个RFC文档相关联。

4、互联网的组成

互联网的拓扑结构主要由两大部分组成:边缘部分+核心部分
边缘部分由所有连在互联网上的主机构成,由用户直接使用负责通信与资源共享;核心部分大量网络以及连接这些网络的路由器构成,负责为边缘部分提供服务(连通性和交换)
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4.1 互联网的边缘部分

边缘部分利用核心部分提供的服务,实现主机之间相互通信和共享信息。主机又称为端系统(end system),这个“端”指的就是互联网末端的意思。端系统可大可小,要看它的功能是什么,它可以是大型计算机,普通的笔记本电脑和平板,也可以是智能手机甚至是摄像头;端系统的拥有者可以是ISP,企业单位(政府,企业,学校),也可以是个人。
对于通信,常说主机之间的通信,但实际上,本质是主机之间的进程间进行通信。互联网边缘部分端系统间的通信方式有两种:客户/服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)。

客户/服务器方式是我们最常使用的,比如我们在发邮件或者查找资料的时候,都是使用的这种方式。这里的客户(client)和服务器(server)指的都是通信中所涉及的应用进程,描述的是服务与被服务的关系,最主要的特征是客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。这种方式并不要求由用户调用的客户端程序有太高的配置(特殊的硬件,复杂的操作系统等),但必须知道服务器程序地址(为了请求服务)
对等连接方式(peer to peer,P2P),这种方式下,两台互相通信的主机并不区分哪个是服务发送方哪个又是服务请求方,只要它们都运行了对等连接软件(P2P软件),可以支持大量对等用户(如上百万个)同时工作。实质上,P2P方式其实也还是C/S方式
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4.2 互联网的核心部分

核心部分工作最复杂,其中路由器起到很大的作用,它是一种专用计算机,实现分组交换功能,完成分组转发的任务。

分组交换不同于电路交换,不需要端到端有专用的物理链路,不需要始终占用端到端资源,它采用的是存储转发技术,将报文(message)0“加工”为一个个带有首部(header)即控制消息的分组(packet),存储在路由器缓存中,查找转发表后,通过运行的路由选择协议为转发工作保驾护航,找到最合适的路由。这种方式不仅传输效率高而且可靠,实质是利用了数据通信过程中动态分配传输带宽的策略。

网络核心部分结构一般是网络拓扑状结构,这也是为了保证分组交换工作的可靠性,当网络某些结点或者链路出现故障或拥塞情况时,灵活改变转发路由即可,不至于使全网瘫痪。
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分组交换的优点是灵活、高效、迅速、可靠,缺点则是带来了排队处理的时延问题以及分组携带的控制消息的开销

5、计算机网络的类别

按作用范围分类:广域网WAN(Wide Area Network)、城域网MAN(Meropolitan Area Network)、局域网LAN(Local Area Network)、个人区域网PAN(Personal Area Network)
按使用者分类:公用网专用网
还有一种是接入网AN(Access Network),用来将用户接入互联网,又称本地接入网或居民接入网。这是一种特殊的计算机网络,不属于网络核心部分也不属于网络边缘部分,我们知道要连上互联网必须通过ISP,而用户从家中要连接到互联网有多种接入网技术可以实现。明确一点,接入网的范围是指从用户端系统到第一个路由器之间的网络,起到的是一个“桥梁”的作用从范围上来看,大部分还是属于局域网。

6、计算机网络的性能

6.1计算机网络性能指标

常用来衡量计算机网络性能的指标有以下7个:
1、速率:指数据传送速率,又称数据率或比特率,单位是bit/s(数据率较高时可在前面加上KMGTPEZY,即千兆吉太拍艾泽尧,以10³为间隔)。这种速率一般不是网络中的实际速率,而是标称速率或额定速率
2、带宽:带宽本来是指信号具有的频带宽度(频域中),但是在计算机网络中(时域中),带宽用来表示通道传送数据的能力,即单位时间内通道所能通过的“最高数据率”,单位是bit/s。
3、吞吐量:表示单位时间内某个网络(信道,接口)的实际数据量,受带宽和额定速率的限制,单位可以是bit/s,也可以是每秒传送的字节数或者帧数。
4、时延:指数据从网络的一段传到另一端所需的时间。由以下几个部分组成:
a 发送时延:主机或路由器发送数据帧所需要的时间,从第一个帧开始,最后一个帧结束。计算公式=数据帧长度(bit)/发送速率(bit/s),也就是说,对于一定的网络,发送时延不是固定不变的。
b 传播时延:指电磁波在信道中传播一定距离所需要的时间,计算公式=信道长度(m)/电磁波在信道上的传播速率(m/s),与发送时延是发生在机器内部(通常是网络适配器)不同,传播时延发生在机器外部的传输信道媒体上
c 处理时延
d 排队时延
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要区别这些时延,一般说对于高速网络链路,提高的仅是数据的发送速率(某个点或接口上)而非比特在链路上的传播速率(某个传输线路上),减少的也仅是发送时延而非传播时延。
5、时延带宽积:计算公式=传播时延*带宽。想象有一根圆柱型的管道,管道的长度是链路的传播时延,即将链路长度以时间作为衡量单位,管道的横截面积则为带宽,所以说此时的时延带宽积就是管道的体积,表示可以容纳多少比特数。故而链路的时延带宽积有被称为以比特为单位的链路长度

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6、往返时间RTT:往返时间RRT(Round-Trip Road),指的是从发送方发送数据开始,到接受方发出的确认被发送方收到为止,一般在互联网中还要加上前面说的那四种时延时间。
7、利用率:利用率有两种:信道利用率和网络利用率。信道利用率按百分比计算,即有百分之几的时间有数据通过信道;网络利用率是全网信道利用率的加权平均值。信道利用率的提高会增加时延,所以也不是说越高越好的,如果不理解就想想高速公路排队的场景。D=D0/1-U,这个公式可以简单的表示利用率与时延的关系,式中D表示网络当前时延,D0表示网络空闲时延,U为信道利用率。
一些较大的主干网的ISP会控制他们的信道利用率不超过50%,超过了就要扩容了(增大线路带宽)
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6.2计算机网络非性能特征

非性能特征包括:费用、质量、标准化、可靠性、可扩展和可升级、易于管理和维护。

7、计算机网络体系结构

计算机网络是一个非常复杂的系统,所以分层次结构时最基本的。为什么要说需要分层次呢?先思考一下,如果两台计算机之间要传输文件,需要什么?
1、要建立链路,链路还需要事先激活,即发送一些信令保证数据可以正确发送与接收;
2、网络要识别的出来准备接收数据的计算机;
3、发送方要确认对方可达,确认网络连接正确;
4、发送方要明确具体的应用进程,接收方的文件管理程序要做好接收和存储数据的准备;
5、备好文件格式不兼容的应急方案——格式转换功能;
6、对传输过程中可能出现的各种导致数据丢失,出错的情况,要有可靠的保障措施等等。

7.1 协议与划分层次

什么是网络协议?协议就是为了进行网络中数据交换而建立的规则、标准或者说是约定。协议明确规定了所交换数据的格式和相关同步性问题,这里说的同步性有时序的意思,是广义的。
对于复杂的网络协议,结构也应该是分层次的,做到“专人专事”。计算机网络各层和其协议的集合,就是网络体系结构
我们常说的五层体系结构从上到下指的是:应用层,传输层,网络层,数据链路层和物理层。了解这些层次所完成的主要功能以及每层的协议,就是后面需要学习了解计算机网络的关键。
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先简单了解一下各层
1、应用层:它是体系结构中最高的一层,和用户距离最近,直接为用户提供服务。准确的说,是直接为用户的应用进程提供服务。常见的协议有:HTTP、SMTP、FTP、TELNET等。
2、传输层:它主要的任务是完成应用层中应用进程之间的通信,具有复用和分用功能,就是说,多个应用进程可以同时调用传输层为它们服务,传输层在准备把收到的数据传送给应用层时,按不同的应用进程分别交付。常见协议有:TCP(报文段形式传输)、UDP(数据报形式传输)。
3、网络层:它的服务对象是为了实现分组交换的主机,为它们提供通信服务。
将传输层运来的报文段或是用户数据报打包或分组传送,这一层使用的是IP协议,所以也可以说是以IP数据报的形式传输数据。
4、数据链路层:主机之间传输数据总是在一段段的链路上进行,数据链路将网络层交付下来的IP数据报封装成帧,在链路上**“透明”地传输帧中的数据**。“透明”表示对于数据而言,数据链路层是它们看不见的,但又真实存在,无论什么样比特的数据组合都能通过这个数据链路层。数据链路层的传输是可靠的,因为在帧中封装的不仅是数据信息,还有控制信息,但是它只负责发现差错,改错这块的工作是由运输层的TCP协议完成的。
5、物理层:物理层中,数据以比特为单位传输,它的任务就是透明地传输比特流。电压表示,电缆插头的引脚数目,引脚之间的连接是它所要考虑的。
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7.2 TCP/IP的体系结构

TCP/IP的体系结构较为简单,只有四层,其中路由转发时最高只用到了网络层,传输层和应用层它是用不到的~
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该协议簇可以为各种应用提供服务,也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网中运行。Everything over IP,IP over everything.

    原文作者:斜杠girl
    原文地址: https://blog.csdn.net/weixin_44485500/article/details/95043753
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