【系统架构设计】计算机网络
【系统架构设计】计算机网络
- 网络架构与协议
- 网络互联模型
- OSI/RM 结构模型
- TCP/IP结构模型
- IPv6
- 局域网与广域网
- 局域网特点
- 网络互连与常用设备
- 网络互联设备
- 交换技术
- 路由技术
- 网络存储技术
网络架构与协议
网络互联模型
OSI/RM 结构模型
1977年,国际标准化组织为适应网络标准化发展的需求,制定了开放系统互联参考模型(Open System Interconnection/Reference Model ,OSI/RM),形成了网络架构的国际标准。OSI/RM构造由下到上的7层模型:
- 物理层
主要功能:透明地完成相邻节点之间原始比特流的传输,其中透明 表示物理层不需要关心比特代表的具体含义,而要考虑如何发送 0 和1 ,以接收端如何识别。该层在传输介质基础上作为系统和通信介质的接口,为数据链路层提供服务。
- 数据链路层
负责在两个相邻节点之间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据,通过流量控制和差错控制,将原始不可靠的物理层连接变成无差错的数据通道,并解决多用户竞争问题,使之对网络层显现一条可靠的链路。
- 网络层
是通信子网的最高层,主要任务是在数据链路层服务基础上,实现整个通信子网内的连接,并通过网络连接交换网络服务数据单元(packet)。主要解决数据传输单元分组在通信子网中的路由选择、拥塞控制和多个网络互联的问题。
- 传输层
是负责数据通信的最高层,也是面向网络通信的低三层(物理层、数据链路层、网络层)和面向信息处理的高三层(会话层、表示层、应用层)之间的中间层,是资源子网和通信子网的桥梁。主要任务是为两台计算机的通信提供可靠的端到端的数据传输服务。传输层反映并扩展了网络层子系统的服务功能,并通过传输层地址为高层提供传输数据的通信端口,使系统之间高层资源的共享不必考虑数据通信方面的问题。
- 会话层
利用传输层提供的端到端数据传输服务,具体实施 服务请求者与服务提供者之间的通信、组织和同步它们的会话活动,并管理它们的数据交换过程。
- 表示层
处理的是用户信息的表示问题。端用户(应用进程)之间传送的数据包含语义和语法两个方面:语义是数据的内容及其含义,它由应用层负责处理;语法是与数据表示形式有关的方面,例如,数据的格式、编码和压缩等。表示层主要用于处理应用实体面向交换的信息的表示方法,包括用户数据的结构和在传输时的比特流(或字节流)的表示。这样即使每个应用系统有各自的信息表示法,但被交换的信息类型和数值仍能用一种共同的方法来描述。
- 应用层
是直接面向用户的一层,是计算机网络和最终用户之间的界面。在实际应用中,通常把会话层和表示层归入应用层,使OSI/RM成为一个简化的五层模型 。
TCP/IP结构模型
由于OSI/RM 结构过于复杂,实际系统中采用OSI/RM的并不多,目前使用最广泛的可互操作的网络架构是TCP/IP(Transmission Control Protocol /Internet Protocol ,传输控制协议/网际协议) 。与OSI/RM 结构不同,不存在一个正式的TCP/IP结构模型 ,但可根据已开发的协议标准和通信任务将其大致分为4个比较独立的层次,分别是:
- 网络接口层
大致对应于 OSI/RM的数据链路层和物理层,主要负责管理为物理网络准备数据所需的全部服务程序和功能。
- 网络互联层
也称为网络层、互联网层或网际层 ,负责将数据报独立地从信源传送到信宿,主要解决路由选择、阻塞控制和网络互联等问题,在功能上类似于OSI/RM中的网络层。主要协议有 IP、ICMP(网际控制报文协议)、IGMP(网际组管理协议)、ARP(地址解析协议)、RARP(反向地址解析协议)等。
- 传输层
负责信源和信宿之间提供端到端的数据传输服务,相当于OSI/RM中的传输层。主要协议是TCP 和UDP。TCP有助于提供可靠性,而UDP则有助于提高传输效率。UDP一般用于传输数据量大,对可靠性要求不是很高,但要求速度快的场合。
- 应用层
直接面向用户应用,为用户方便地提供对各种网络资源的访问服务,包含了OSI/RM会话层和表示层中的部分功能。常见的协议有:FTP(文件传输协议)、TFTP(简单文件传输协议)、HTTP(超文件传输协议)、SMTP(简单邮件传输协议)、DHCP(动态主机配置协议)、Telnet(远程登录协议)、DNS(域名系统)、SNMP(简单网络管理协议)等。
IPv6
解决Ipv4 地址空间耗尽、路由表急剧膨胀、缺乏对QoS的支持 、本身并不提供任何安全机制、移动性差等问题。全称是“互联网协议第6版”。
QoS(Quality of Service)即服务质量。在有限的带宽资源下,QoS为各种业务分配带宽,为业务提供端到端的服务质量保证。例如,语音、视频和重要的数据应用在网络设备中可以通过配置QoS优先得到服务
一个32位的Ipv4 地址以8个位为一段分成4段,每段之间用点“.”分开;Ipv6地址的128位是以16位为1段,共分为8段,每段的16位转换为一个4位的16进制数字,每段之间用冒号“:"分开。
为方便书写,对于每一段中的前导 0可以进行省略,如前面的地址经过一次压缩,可以得到:
2001:da8:d001:1:0:0:0:1
对于连续2段以上都是0的字段,可以用 "::"表示,再次压缩得到
2001:da8:d001:1::1
但要注意,**每个Ipv6地址只允许有一个:: **
局域网与广域网
局域网特点
- 地理分布范围小
- 数据传输速率高
- 数据误码率低
- 一般以PC为主体,还包括终端和各种外设,网络中一般不架设主骨干网系统
- 协议相对简单、结构灵活,建网成本低、周期短,便于管理和扩充。
构成局域网的网络拓扑结构主要有星形结构、总线结构、环形结构、网状结构。
网络互连与常用设备
网络互联设备
交换技术
按照实际的数据传送技术,交换技术又可分为电路交换、报文交换、分组交换:
- 电路交换:在数据传送之前必须先设置一条通路。在线路释放之前,该通路将由一对用户独占;
- 报文交换:报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式,在传送报文时,同时只占用一段通道。在交换节点中需要缓冲存储,报文需要排队。因此,报文交换不能满足实时通信的要求。
- 分组交换。交换方式和报文交换方式类似,但报文被分成分组传送,并规定了最大的分组长度。在数据报分组交换中,目的地需要重新组装报文;在虚电路分组交换中,在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。分组交换技术是在数据网络中使用最广泛的一种交换技术。
根据各自的特点,不同的交换技术适用于不同的场合。例如,
对于交互式通信来说,报文交换肯定是不适合的;
对于较轻和间歇式负载来说,电路交换是最合适的,因此,可以通过电话拨号线路来实行通信;
对于较重或持续的负载来说,使用租用的线路以电路交换方式通信是合适的;
对必须交换中等数据到大量的数据时,可用分组交换方法。
路由技术
路由器的主要功能就是进行路由选择。当一个网络中的计算机要给另一个网络中的计算机发送分组时,它首先将分组送给同一个网络中用于网络之间连接的路由器,路由器根据目的地址信息,选择合适的路由,将该分组传递到目的网络用于网络之间连接的路由器中,然后通过目的网络中内部使用的路由选择协议,该分组最后被递交给目的计算机。
网络存储技术
目前,主流的网络存储技术主要有三种,分别是;
- 直接附加存储(Direct Attached Storage,DAS)、
- 网络附加存储(Network Attached Storage,NAS)\
- 存储区域网络(Storage Area Network,SAN)。
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