计算机网络体系结构

主要记录计算机网络(人民邮电出版社)第三章计算机网络体系结构基础知识

总览

图

基本概念

网络体系结构（architecture），是指计算机网络的分层、各层协议和层间接口的集合，也就是网络及其部件所应完成的功能的精确定义。因此体系结构是计算机网络的一种抽象的、层次化的功能模型。

网络协议 同等实体间通信制定的有关通信规则约定的集合
网络协议三要素，语义（Semantics）、语法（Syntax）和定时（Timing sequence）。
语义是指交换的信息含义，即“讲什么”，包括用于协调与差错处理的控制信息；
语法是指“如何讲”，即协议元素的格式，包括数据及控制信息的格式、编码和信号电平等；
定时是指事时执行的顺序，即通信过程中通信状态的变化过程，包括速度匹配和排序等。

接口是同一主机内相邻层之间交换信息的连接点。
同一主机的相邻层之间存在着明确规定的接口，相邻层之间通过接口来交换信息。
低层通过接口向高层提供服务。
只要接口条件不变、低层功能不变，实现低层协议的技术的变化，不会影响整个系统的工作。

OSI

TCP/IP协议的特点
开放的协议标准。
独立于特定的计算机硬件与操作系统。
独立于特定的网络硬件，可以运行在局域网、广域网，更适用于Interne。
统一的网络地址分配方案，所有网络设备在Internet中都有唯一的IP地址。
标准化的应用层协议，可以提供多种拥有大量用户的网络服务。

OSI7层模型

物理层

物理层是OSI模型最低层，它向下直接与传输介质相连接，向上相邻且服务于数据链路层。它的作用是在数据链路层实体之间提供必需的物理连接，按顺序传输数据比特，并进行差错检查。在发现错误时，向数据链路层提交报告。物理层重点考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输介质上传输数据的比特流，而不是连接计算机的具体的物理设备或具体的传输介质。

具体来说，物理层协议要解决的是主机、工作站等
与通信线路上通信设备之间的接口问题。即DTE与DCE的接口问题

数据链路层

图

链路就是一条无源的点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换节点
数据链路则是另一个概念。这是因为当需要在一条线路上传输数据时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的规程来控制这些数据的传输。把实现这些规程的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。

数据链路层的任务是把网络层的数据组合成帧，然后交物理层用二进制位送到目的计算机，并通过目的计算机的物理层和数据链路层送到网络层。

帧是具有一定长度和格式的信息块，一般由一些字段和标志组成。

回退N帧的滑窗协议

$$
Win_{max}=Win_{total}-1=Seq_{max}
$$

选择重发滑窗协议

$$
Win_{max}=\frac{Win_{total}}{2}=\frac{Seq_{max}+1}{2}
$$
CRC
$$
\frac{x^rM(x)}{G(x)}=Q(x)+\frac{R(x)}{G(x)}\
x^rM(x)+R(x)=Q(x)G(x)\
C(x)=x^rM(x)+R(x)\
\frac{C(x)}{G(x)}=\frac{x^rM(x)+R(x)}{G(x)}=Q(x)
$$

海明码

k信息位位数,r冗余位位数

$$
2^r\ge k+r+1
$$

网络层

图 虚实

假设令牌桶的大小为C（字节数），令牌产生速率为ρ（字节/s）、令牌桶的最大传输速率M（字节/s），以最大传输速率发送数据的时间为S秒

$$
t=\frac{C}{\rho} \
S=\frac{C}{M-\rho}
$$

传输层

网络层 传输层

会话层

会话层位于OSI参考模型的第五层，它是面向信息处理的OSI高层和面向数据通信的OSI低层的接口。会话协议的最主要目的是提供一个面向用户的连接服务，会话层给合作的会话用户间的对话和活动提供组织和同步所必须的手段，对数据传送提供控制和管理。虽然运输层能负责端到端的可靠通信服务，但仍不能满足许多应用的需求，会话层的设立可以做到为运输层“增值”的功能，以便提供一个面向应用的完善的服务

表示层

表示层中主要解决的就是信息以什么样的表现形式(数据表现)传送给对方。不关心处理的用户数据有什么样的意义，只考虑用什么样的传送形式传送这一问题，也就是说表示层的功能并不是信息的具体表达，而是处理信息表示中所遇到的问题，考虑如何将不同信息的表达形式转换成公共的信息传送形式。

应用层

应用层是OSI/RM中最高的一个功能层，它是开放系统互连环境（OSI环境）与本地系统的操作系统和应用系统直接接口的一个层次。在功能上，应用层为本地系统的应用进程（AP）访问OSI环境提供手段，也是唯一直接给应用进程提供各种应用服务的层次。应用层向应用进程提供的服务是OSI的所有层直接或间接提供服务的总和。