Часть этой серии статей относится к седьмому изданию «Компьютерная сеть» под редакцией Се Сижэня, ссылка на PPT: Электронная промышленность Press Yuexue Multimedia Course Resource Platform (Может .51 такой.Может ли /Mt RCS Res/ работать с…)

Эта статья участвует в "Сетевой протокол должен знать должен знать"Требуют документов

Китайский информационный центр сети Интернет CNNIC два раза в год объявляет о развитии сети Интернет в моей стране.www.cnnic.cn

Статьи в этой серии следующие:

1. Оглядываясь назад: от приложения к теории Серия "Компьютерная сеть" (1): обзор
2. Оглядываясь назад: от приложения к теории Серия "компьютерная сеть" (2): физический уровень
3. Оглядываясь назад: от приложения к теории Серия "компьютерная сеть" (3): канальный уровень
4. Оглядываясь назад: от приложения к теории Серия "компьютерная сеть" (четыре): сетевой уровень

Определение компьютерной сети

Интернет:«Сеть» — собирательный термин. Обычно это относится к системе, образованной путем соединения людей или вещей. Есть три типа сетей, с которыми все знакомы, а именноТелекоммуникационные сети, сети кабельного телевидения и компьютерные сети.

Компьютерные сети (называемые сетями):на несколькоУзел(узел) и соединяющий эти узлыссылка на сайт(ссылка) состав.

Интернет (Интернет, или Интернет):Это специальный термин, который относится к самому большому в мире, открытому, конкретному Интернету, соединенному между собой множеством сетей.Набор протоколов TCP/IPКак правила общения, так и его предшественником является ARPANET в США.

Состав интернета

Хотя топология Интернета очень сложна и географически охватывает весь мир, с точки зрения метода работы его можно разделить на следующие две части:

Краевая часть:Состоит из всех хостов, подключенных к Интернету. Эта часть используется непосредственно пользователем для связи (передачи данных, аудио или видео) и совместного использования ресурсов.

основная часть:многоИнтернети подключение к этим сетяммаршрутизаторсочинение. Эта часть обслуживает пограничную часть (обеспечивает подключение и коммутацию).

периферийная часть интернета

всеми подключенными к Интернетухозяинсочинение. Эта часть используется непосредственно пользователем для связи (передачи данных, аудио или видео) и совместного использования ресурсов. Эти хосты также называютсяконечная система(конечная система), "конец" означает "конец" (т.е. конец Интернета). Конечные системы могут сильно различаться по функциональности.

Связь между конечными системами

То есть «процесс на хосте А взаимодействует с другим процессом на хосте Б». Это называется «связь между компьютерами». Способы связи между конечными системами обычно можно разделить на две категории:

Режим клиент/сервер (режим C/S):

• Клиент (клиент) и сервер (сервер) относятся к двум прикладным процессам, участвующим в обмене данными.
• Клиент-серверный подход описывает отношения между обслуживаемыми и обслуживаемыми процессами.
• Клиент является заказчиком услуги, а сервер — поставщиком услуги.
• И запрашивающие услуги, и поставщики услуг используют услуги, предоставляемые базовой частью сети.
• Клиент запускается после вызова пользователем и активно инициирует связь (запрос службы) с удаленным сервером, когда он намеревается установить связь. Следовательно, программа-клиент должна знать адрес программы-сервера и не требует специального оборудования и очень сложной операционной системы.
• Сервер — это программа, используемая шлюзом для предоставления услуги, которая может обрабатывать запросы от нескольких удаленных или локальных клиентов одновременно. После запуска система автоматически вызывается и работает непрерывно, пассивно ожидая и принимая запросы на связь от клиентов повсюду. Таким образом, серверной программе не нужно знать адрес клиентской программы и, как правило, требуется мощное оборудование и расширенная поддержка операционной системы.

Одноранговая сеть (P2P):

• Одноранговое соединение (сокращенно P2P) означает, что два хоста обмениваются данными, не различая, кто из них является заказчиком услуги или поставщиком услуги.
• Пока на обоих хостах установлено программное обеспечение для однорангового соединения (программное обеспечение P2P), они могут обмениваться данными по равноправному одноранговому соединению.
• Обе стороны могут загружать общие документы, которые другая сторона сохранила на своих жестких дисках.
• По сути, метод однорангового соединения по-прежнему использует метод клиент-сервер, но каждый хост в одноранговом соединении является одновременно и клиентом, и сервером.

основная часть интернета

Основная часть сети обеспечивает связь с большим количеством хостов на границе сети, позволяя любому хосту на границе взаимодействовать (то есть передавать или получать различные формы данных) с другими хостами. Основная часть сети играет особую роль вмаршрутизатор(маршрутизатор), маршрутизатор является реализациейкоммутация пакетов(коммутация пакетов) ключевой строительный блок, задачей которого является пересылка полученных пакетов, наиболее важная функция базовой части сети.

• Основная часть Интернета использует технологию коммутации пакетов.

производительность компьютерной сети

• ставка:Скорость, с которой передаются данные, также известная как скорость передачи данных или скорость передачи данных.
  • Немного:Единица объема данных в компьютере, бит — это 1 или 0 в двоичном числе. Единицей скорости является бит/с, она также может быть кбит/с, Мбит/с, Гбит/с, Тбит/с, и единица преобразуется в 1000. Для 100M Ethernet бит/с в единице опускается. , что означает скорость 100 Мбит/с Ethernet.
  • Байт (байт):Байт представляет собой 8 бит, обозначаемых прописной буквой B. «Тысяча» «килобайт» представлена ​​заглавной К, которая равна 2 в 10-й степени, то есть 1024, а не 1000. МБ и ГБ равны 2 в 20-й или 30-й степени.
• пропускная способность:Способность линии связи передавать данные. Указывает «самую высокую скорость передачи данных», которую может пройти канал в сети в единицу времени. Единицей измерения является бит/с, то есть «бит в секунду».
• Пропускная способность:Указывает количество данных, проходящих через сеть (или канал, интерфейс) в единицу времени.
• Задержка:Время, которое требуется данным (пакету или пакету или даже битам) для перемещения от одного конца сети (или канала) к другому. также известен какЗадерживатьилизадерживать. Общая задержка данных в сети представляет собой сумму задержки передачи, задержки распространения, задержки обработки и задержки постановки в очередь.
  • отправить задержкуВремя, необходимое хосту или маршрутизатору для отправки кадра данных, то есть время от первого бита кадра данных до последнего бита кадра.
  $$Задержка отправки = длина кадра данных (b) / скорость отправки (b/s)$$
  • Задержка распространенияВремя, за которое электромагнитная волна проходит определенное расстояние в канале. Задержка распространения, создаваемая волоконно-оптической линией длиной 1000 км, составляет около 5 мс.
  $$Задержка распространения = длина канала (м) / скорость распространения электромагнитных волн в канале (м/с)$$
  • задержка обработкиКогда хост или маршрутизатор получает пакет, требуется определенное время для его обработки, например, для анализа заголовка пакета, извлечения части данных из пакета, проверки ошибок или поиска подходящего маршрута. Это создает задержки обработки.
  • задержка в очередиПакеты проходят через множество маршрутизаторов по мере их перемещения по сети. Однако после того, как пакет поступит на маршрутизатор, он должен быть поставлен во входную очередь для обработки. После того, как маршрутизатор определяет интерфейс пересылки, он также ставится в очередь вывода на пересылку. Это создает задержку в очереди. Продолжительность задержки в очереди часто зависит от объема трафика в сети в это время. Когда сетевой трафик очень большой, произойдет переполнение очереди и пакеты будут потеряны, что эквивалентно бесконечной задержке в очереди.
  
• Произведение задержки на полосу пропускания:Произведение задержки распространения и пропускной способности. Длина ссылки в битах.
• Время в пути туда и обратно RTT:Общее время, прошедшее с момента, когда отправитель отправляет данные, до момента, когда отправитель получает подтверждение от получателя (получатель отправляет подтверждение сразу после получения данных).
• Использование:
  • Коэффициент использования канала. Коэффициент использования канала показывает, сколько процентов времени используется канал (с прохождением данных), а коэффициент использования полностью незанятого канала равен нулю.
  • Использование сети: средневзвешенное значение использования канала во всей сети.

архитектура компьютерной сети

Совокупность уровней компьютерной сети и их протоколов составляет архитектуру сети. Архитектура абстрактна, а реализация конкретна, компьютерное оборудование и программное обеспечение, которое фактически работает.

Соглашение и разделение иерархии

• В базовой концепции компьютерной сетиРазделить по уровнюАрхитектура самая простая.
• Правила, стандарты или соглашения, установленные для обмена данными в сети, называютсяСетевой протокол. Сетевой протокол также может называться просто протоколом. Делая шаг вперед,Сетевой протокол в основном состоит из следующих трех элементовсочинение:
  • Структура или формат грамматики, данные и управляющая информация;
  • Семантика, то есть какую управляющую информацию нужно отправить, какое действие выполнить и какой ответ дать;
  • Синхронизация, спецификация порядка реализации событий.
• Обычно функции, которые должен выполнять каждый уровень, в основном включают следующее:
  • контроль ошибок: Делает связь с соответствующим уровнем одноранговой сети более надежной.
  • управление потоком: скорость отправки отправителя не должна быть слишком быстрой, а получатель должен успевать принимать.
  • Постановка и перезагрузка: отправитель должен разделить отправленный блок данных на более мелкие блоки и восстановить их у получателя.
  • мультиплексирование и демультиплексирование: несколько высокоуровневых соединений на передающей стороне будут мультиплексированы с низкоуровневым соединением, а затем демультиплексированы на принимающей стороне.
  • установление соединения и освобождение: установить логическое соединение перед обменом данными и разорвать соединение после передачи данных.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI/RM

• Для объединения компьютерных сетей различной архитектуры Международная организация по стандартизации ISO создала в 1977 году специализированное агентство для изучения этой темы.
• Стандартная структура для соединения различных компьютеров в сеть по всему миру, а именно известная эталонная модель взаимодействия открытых систем OS1/RM (эталонная модель взаимодействия открытых систем), сокращенно называемая OSI.
• Пока система соответствует стандарту OSI, она может взаимодействовать с любой другой системой, расположенной в любой точке мира, которая также следует тому же стандарту.

Архитектура TCP/IP

На самом деле архитектура TCP/IP, используемая сегодня в Интернете, иногда развивалась таким образом, что некоторые приложения могут напрямую использовать уровень IP или даже самый нижний уровень сетевого интерфейса.

Протокол TCP/IP может предоставлять услуги для самых разных приложений (так называемые все поверх IP), в то время как

Протокол TCP/IP также позволяет протоколу IP работать в Интернете, состоящем из различных сетей (так называемый IP над всем).

Архитектура с пятиуровневым протоколом

• Концепция семиуровневой архитектуры протокола OSI ясна, и теория относительно завершена, но она сложна и непрактична.
• TCP/IP представляет собой четырехуровневую архитектуру: прикладной уровень, транспортный уровень, интернет-уровень и уровень сетевого интерфейса. Но нижний слой сетевого интерфейса не имеет конкретного содержимого.
• Поэтому часто применяется компромиссный метод, то есть объединяются преимущества OSI и TCP/IP, и принимается архитектура только с пятиуровневыми протоколами.

прикладной уровень

Прикладной уровень является самым высоким уровнем в архитектуре. Задача прикладного уровня состоит в том, чтобыЗавершите определенные сетевые приложения за счет взаимодействия между процессами приложений.. Протокол прикладного уровня определяетПрименение правил для межпроцессного взаимодействия и взаимодействия. здесьпроцессозначает хостработающая программа. Для разных сетевых приложений требуются разные протоколы прикладного уровня. Блок данных, с которым взаимодействует прикладной уровень, называетсясообщение(сообщение).

транспортный уровень

Задача транспортного уровня состоит в том, чтобыСвязь между процессами на двух хостахпоставкаобщая передача данныхСлужить. Прикладной процесс использует эту службу для передачи пакетов прикладного уровня. Так называемый «универсальный» означает, что он не нацелен на конкретное сетевое приложение, но несколько приложений могут использовать одну и ту же услугу транспортного уровня. Поскольку хост может запускать несколько процессов одновременно,Транспортный уровень выполняет функции мультиплексирования и демультиплексирования.. Мультиплексирование означает, что несколько процессов прикладного уровня могут одновременно использовать услуги нижнего транспортного уровня.В отличие от демультиплексирования и мультиплексирования, транспортный уровень доставляет полученную информацию соответствующим процессам на прикладном уровне выше.

Транспортный уровень в основном использует следующие два протокола:

• Протокол управления передачей TCP(Протокол управления передачей) — обеспечивает ориентированные на соединение, надежные услуги передачи данных, а единицей передачи данных являетсясегмент(segment).
• Протокол пользовательских дейтаграмм UDP(протокол пользовательских дейтаграмм) - обеспечивает без установления соединения,стараться изо всех сил(служба передачи данных с максимальной эффективностью (не гарантирует надежность передачи данных), единицей передачи данных являетсядейтаграмма пользователя.

Кстати, некоторые люди предпочитают называть транспортный уровень транспортным уровнем, потому что протокол TCP, используемый на этом уровне, называется протоколом управления передачей. С точки зрения смысла между передачей и транспортировкой нет большой разницы. Но уровень 4, определенный OSI, использует транспорт, а не передачу. Есть некоторые различия в значении этих двух слов. Поэтому более точно использовать имя перевода транспортного уровня.

сетевой уровень

Сетевой уровень отвечает за предоставление различныххозяинОказывать услуги связи. При отправке данных сетевой уровень инкапсулирует сегмент или пользовательскую дейтаграмму, сгенерированную транспортным уровнем, вгруппа или пакетпередавать. В системе TCP/IP, поскольку сетевой уровень использует протокол IP, пакет также называетсяIP-датаграммаили просто дейтаграмма. Используйте «пакет» и «датаграмма» как синонимы. Примечание. Не путайте «дейтаграмму пользователя UDP» на транспортном уровне с «дейтаграммой IP» на сетевом уровне. также,Независимо от того, на каком уровне передается блок данных, его обычно можно представить как «пакет»..

Другой задачей сетевого уровня является выбор подходящего маршрута, чтобы пакеты, передаваемые с транспортного уровня узла-источника, могли найти узел назначения через маршрутизаторы в сети.

канальный уровень

Канальный уровень часто называютсвязующий слой. Мы знаем, что передача данных между двумя хостами всегда осуществляется по сегментному каналу, что требует использования специального протокола канального уровня. При передаче данных между двумя соседними узлами канальный уровень передает IP-датаграммы, переданные сетевым уровнем.Собрать в каркас, передаваемый по каналу между двумя соседними узламиРамка(Рамка). Каждый кадр включает в себя данные и необходимую управляющую информацию (такую ​​как информация о синхронизации, адресная информация, контроль ошибок и т. д.).

физический слой

Единицей данных, передаваемых на физическом уровне, являются биты. Когда отправитель отправляет 1 (или 0), получатель должен получить 1 (или 0) вместо 0 (или 1). Следовательно, физический уровень должен учитывать, какое напряжение используется для представления «1» или «0» и как получатель распознает бит, отправленный отправителем. Физический уровень также определяет, сколько контактов должна иметь вилка, соединяющая кабель, и как эти контакты должны быть соединены. Конечно, задачей физического уровня не является интерпретация того, что представляют собой биты.Обратите внимание, что некоторые физические носители, используемые для передачи информации, такие как витая пара, коаксиальный кабель, оптический кабель, беспроводной канал и т. д., относятся не к протоколу физического уровня, а к физическому уровню. ниже протокола уровня управления.Поэтому некоторые люди рассматривают физические носители ниже физического уровня как уровень 0.

Предположим, что прикладной процесс AP1 хоста 1 передает данные прикладному процессу AP2 хоста 2. Точка доступа сначала передает свои данные на уровень 5 (прикладной уровень) хоста. Пятый уровень плюс необходимая управляющая информация H5 становится блоком данных следующего уровня. После того, как четвертый уровень (транспортный уровень) получает этот блок данных, он добавляет управляющую информацию H4 этого уровня, а затем передает ее третьему уровню (сетевому уровню), чтобы он стал блоком данных третьего уровня. Так далее и тому подобное. Однако после достижения второго уровня (канального уровня) управляющая информация разделяется на две части, которые соответственно добавляются в заголовок (Н2) и хвост (Т2) блока данных этого уровня; в то время как первый уровень (физический уровень) представляет собой битовый поток, поэтому управляющая информация не добавляется. Обратите внимание, что передача битового потока должна начинаться с заголовка.

некоторые понятия

1. Любые два идентичных уровня передают данные (т. е. блоки данных плюс управляющая информация) напрямую друг другу через горизонтальную пунктирную линию. Это называется"одноранговый уровень"(одноранговые уровни) связь между
2. Эталонная модель OSI ставитуровень сверстниковЕдиница данных, передаваемых между ними, называетсяПротокольный блок данных PDU(блок данных протокола). Этот термин сейчас используется многими стандартами, не относящимися к OSI.
3. Протоколы на всех уровняхПо сути, это правила передачи данных между различными одноранговыми уровнями.
4. та же системадва смежных этажагде взаимодействуют объекты, известные как точки доступа к услугамSAP(Service Access Point).
5. Точка доступа к сервису SAP — это абстрактное понятие, на самом деле это логический интерфейс.
6. ОСИ положитьмежду слоямиЕдиница обмена данными называетсяслужебный блок данныхSDU(Service Data Unit).
7. SDU может отличаться от PDU, например, несколько SDU могут быть объединены в один PDU или один SDU может быть разделен на несколько PDU.
8. организация(объект) означает любой аппаратный или программный процесс, который может отправлять или получать информацию.
9. соглашение контрольдва одноранговых объектаСборник правил общения.
10. Под управлением протокола связь между двумя одноранговыми объектами позволяетЭтот уровень может предоставлять услуги верхнему уровню..
11. Для реализации протокола этого уровня также необходимоИспользуйте услуги, предоставляемые нижним уровнем.
12. В чем разница между протоколом и сервисом:
    • Реализация протокола гарантирует, что услуги могут быть предоставлены верхнему уровню.
    • Пользователь службы этого уровня может видеть только службу, но не базовый протокол. То есть следующий протокол прозрачен для указанных выше пользователей службы.
    • Протоколы являются «горизонтальными», т. е. протоколы — это правила, регулирующие связь между одноранговыми объектами.
    • Услуга является «прямой», то есть услуга предоставляется нижним уровнем верхнему уровню через межуровневый интерфейс.
    • Верхний уровень использует сервисный примитив для получения услуг, предоставляемых нижним уровнем.

Типичная технология переключения

Основная часть Интернета использует технологию коммутации пакетов. С точки зрения распределения коммуникационных ресурсов «коммутация» означает динамическое распределение ресурсов линии передачи каким-либо образом.

коммутируемая цепь

• Коммутация цепей должна быть ориентирована на соединение
• Переключение цепи разделено на три этапа
  1. Установите соединение: установите выделенный физический путь, чтобы гарантировать, что ресурсы связи, необходимые двум сторонам во время вызова, не будут заняты другими пользователями во время связи.
  2. Связь: вызывающая сторона и вызываемая сторона могут общаться друг с другом
  3. Освободите соединение: Освободите только что использованный выделенный физический путь (освободите все только что занятые коммуникационные ресурсы).

коммутация пакетов

Проблемы с коммутацией каналов: компьютерные данные скачут. Это приводит к очень низкому использованию линий связи при передаче компьютерных данных (часто менее 10% или даже менее 1% времени, используемого для передачи данных).

• коммутация пакетов используетхранить и пересылатьТехнологии.
  1. На стороне отправителя сначала разделите более длинное сообщение накороткая фиксированная длинасегмент данных.
  2. Добавить перед каждым сегментом данныхкапиталсоставляютгруппировка(пакет).
  3. Сеть с коммутацией пакетов с "группировка” в качестве блока передачи данных.по очередиОтправьте каждый пакет получателю (при условии, что получатель находится слева).
  4. После получения пакета получатель удаляет заголовок и восстанавливает его в сообщении.
  5. Наконец, полученные данные восстанавливаются до исходного сообщения на принимающей стороне.
  • Заголовок каждого пакета содержит управляющую информацию, такую ​​как адреса (например, адреса получателя и отправителя).
  • Коммутатор узла в сети с коммутацией пакетов пересылает пакет следующему коммутатору узла в соответствии с информацией об адресе в заголовке принятого пакета.
  • Каждый пакет самостоятельно выбирает путь передачи в Интернет.
  • При таком подходе с промежуточным хранением последний пакет может достичь своего конечного пункта назначения.
• Процесс, с помощью которого маршрутизаторы обрабатывают пакеты
  1. Сначала поместить полученные пакеты в кеш (временно сохранить);
  2. Посмотрите таблицу переадресации, чтобы узнать, какой порт должен быть перенаправлен на адрес назначения;
  3. Перенаправить пакет на соответствующий порт.

обмен сообщениями

Весь пакет сначала передается на соседний узел, все сохраняется, а затем выполняется поиск в таблице пересылки и пересылается на следующий узел.