计算机网络原理的学习笔记汇总

2021/06/01

计算机网络概述

计算机网络的基本概念

一、计算机网络的定义

计算机网络是利用通信设备与通信链路或者通信网络,互连位置不同、功能自治的计算机系统,并遵循一定的规则实现计算机系统之间信息交换。

概括性的定义:计算机网络是互连的、自治的计算机网路的集合。

早期时出现过一种网络,终端只有显示器和键盘,这些是交互的输入输出设备,它们通过通信链路连接到主机,所有信息都要传递到主机进行处理。如果把通信链路断开,仅仅依靠终端是没办法独立工作。

互连:所有计算机都要连接在一起

自治:有自己的硬件和软件,能够独立的工作,在脱离网络的情况下也能够进行一定的信息处理

家庭网络,公司网络访问互联网需要使用ISP(移动、电信等)提供的服务

二、协议的定义

协议是网络通信实体之间在数据交换过程中需要遵循的规则或约定,包括三个基本要素:

  • ~语法:实体之间交换信息的格式与结构~
  • ~语义:实体之间叫喊的信息中需要发送(或包含)那些控制信息,这些信息的具体含义,以及针对不同含义的控制及信息,接收信息端如何响应~
  • ~时序:实体之间交换信息的顺序以及如何匹配或适应彼此的速度~

三、计算机网络的功能

  • 硬件资源共享
  • 软件资源共享
  • 信息资源共享

四、计算机网络的分类

  • 按覆盖范围:个域网、局域网、城域网、广域网
  • 按拓扑结构:星形、总线型、环形、网状、树形、混合拓扑结构等
  • 按交换方式:电路交换网络、报文交换网络和分组交换网络
  • 按网络用户属性:公有网、私有网

拓扑

  • 星形拓扑:所有的设备连接一个中心节点,数据传输由中心节点进行

    • 所有信息传输到中心节点,然后中心节点发送到目的地

    • 优点:易于管理、出现故障容易定位
    • 缺点:所有节点通信依赖于中心节点,中心节点有问题网络瘫痪
  • 总线型拓扑:所有的设备连接一条总线,数据传输由总线进行

    • 采用一条广播信道作为公共传输介质。任一节点发送数据时,其他节点都会接收到承载这些数据的信号。如果由两个或以上的节点同时发送数据就会发生干扰,会导致任一节点数据发送失败,这一现象称为冲突

    • 优点:构造简单
    • 缺点:性能不高,出现故障定位困难,故障不容易隔离
  • 环形拓扑:所有的设备连接一条环形线路 (封闭)

  • 一个节点发送数据,数据延着特定传输。如果某节点判断数据是发送给自己的,则复制一份数据。发送数据的结点负责从环中清除自己发送的数据

  • 优点:构造简单
  • 缺点:节点加入或退出困难,出现问题定位较为困难,易于避免冲突

  • 网状拓扑:所有节点都会有线路相连(两两之间)

    • 优点:两个节点通信时有很多路径可以选择
    • 缺点:构造困难,网络很复杂,构造成本大
  • 树状拓扑:多个星形结构

    • 优缺点:参考星形结构
  • 混合拓扑:多种拓扑类型混合

    • 优缺点:兼有上面拓扑的特点,但是管理起来较为复杂

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数据交换的概念

交换节点和传输介质的集合称为通信子网,既网络核心

  • 交换节点:交换机、路由器等设备

  • 传输介质:网线等

电路交换

在电路交换网络中,首席按需要通过中间交换节点为两台主机之间简历专用的通信线路,称为电路,然后再利用该电路进行通信,通信结束后在拆除电路。

  • 优点是实时性高,时延和时延抖动都较小;

  • 解:中间交换节点为两台主机建立一条专用的通信线路,只有这两台主机传输数据才能使用,没人和你抢占发送。VIP通道

  • 缺点是对于突发性数据传输,信道利用率低,且传输速率单一。

  • 解:一条通道只服务于两台主机之间,其他主机需要传输数据就要再次新建信道,浪费资源

报文交换

以报文为单位在交换网络的各节点之间以存储-转发的方式传送。

  • 不需要建立连接;
  • 只有当报文被转发时才占用相应的信道;
  • 交换节点需要缓冲存储,报文需要排队,增加时延

  • 解:A交换给C,需要先经过中间节点B(一个或者多个)。A给B,B缓冲报文,B缓冲完成后发送报文给C。

分组交换

分组及交换将一个完整报文拆分肉干个分组,分组传输过程通常也采用存储-转发交换方式

解:与报文交换的是一种模式,只是把一个报文拆成多个分组了

  • 优点:
    • 交换设备存储容量要求低;解:相比缓存整个报文,只缓存报文的一部分,这容量要求无疑是低了
    • 交换速度快;解:原来你需要等整个报文都存储才转发,现在就只需要接收完一部分就转发
    • 可靠传输效率高: 解:报文出错(哪怕只有一个位),整个报文需要重新发送。分组出错只需要重发出错的分组即可。
    • 更加公平:解:当传输完一个分组后,信道空闲,有其他设备的分组需要传输,就可以直接传输。不像电路交换。只有两台主机使用信道。
  • 分组长度的确定:

    • 分组长度与延迟时间:适中

      • 解:分组长的情况下,增加了存储时间,导致了传输时间过长

      • 解:分组短的情况下,分组传输时需要附加信息(分组长度,传输完成没等信息),分得越小,额外的信息也就越多,同样导致传输时间过长

    • 分组长度与误码率

      • 误码率(BER:biterror)是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。$误码率=传输中的误码/所传输的总码数\times100%$。如果有误码就有误码率。

      • 比特差错(英语:bit errors)的数量就是接收到的信道中数据流由于噪声、干扰、有损或比特同步错误而更改的比特的数量

      • 解:误码率越低,分组长度可以越长。出错时只需要传输一个短的分组比传输一个长的分组来划算。

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