【软考网络管理员】2023年软考网管初级常见知识考点（3）- 网络体系结构

【写在前面】也是趁着五一假期前再写几篇分享类的文章给大家，希望看到我文章能给软考网络管理员备考的您带来一些帮助，5月27号也是全国计算机软件考试统一时间，也就不用去各个地方找资料和代码了。紧接着我就把我整理的一些资料分享给大家哈，主要针对全国软考网络管理员初级资料之网络体系结构
常考知识点：osi七层模型，吞吐量带宽时延的概念，TCP/IP体系结构及概念。

1.网络基本概念

1.1网络的组成

从计算机网络各组成部件的功能来看，各部件主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。
资源子网：由网络的服务器、工作站、共享的打印机和其他设备及相关软件所组成。
通信子网：是指网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合。通信设备、网络通信协议、通信控制软件等属于通信子网，是网络的内层，负责信息的传输。主要为用户提供数据的传输，转接，加工，变换等

1.2网络的性能参数

计算机网络性能参数指标包括：速率、带宽、吞吐量、时延、信道利用率等。

1.2.1.速率

网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为数据率或比特率。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是bit/s或bps（比特每秒）。

1.2.2.带宽

“带宽”有以下两种不同的意义。（1）带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。例如，在传统的通信线路上传送的电话信号的标准带宽是3.1kHz（从300Hz到3.4kHz,即话音的主要成分的频率范围）。这种意义的带宽的单位是赫（或千赫，兆赫，吉赫等）。（2）在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。这里一般说到的“带宽”就是指这个意思。这种意义的带宽的单位是“比特每秒”，记为bit/s。

1.2.3.吞吐量

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。显然，吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。例如，对于一个100Mbit/s的以太网，其额定速率是100Mbit/s,那么这个数值也是该以太网的吞吐量的绝对上限值。因此，对100Mbit/s的以太网，其典型的吞屈量可能也只有70Mbit/so有时吞吐量还可用每秒传送的字节数或帧数来表示。

1.2.4.时延

时延是指数据从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。网络中的时延是由传输时延、传播时延、处理时延和排队时延等组成的。（1）传输时延传输时延是主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需时间。传输时延也可以称为发送时延。传输时延=数据帧长度（b）/发送速率（b/s）o（2）传播时延传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）。注意：电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0X105km/so电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间低一些，在铜线电缆中的传播速率约为2.3Xl（）5km/s,在光纤中的传播速率约为2.OX105km/so（3）处理时延主机或路由器在收到分组时要花费一定的时间进行处理，就这产生了处理时延。（4）排队时延排队时延：分组在经过网络传输时，会经过许多路由器。分组在进入路由器之前要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发。这就产生了排队时延。这样数据在网络中经历的总延时就是:总延时=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。

1.2.5信道利用率

信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的

1.3协议的概念

通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的计算机系统,要使其能协同工作实 现信 息交换和资源共享，它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交 流，都 必须遵循某种互相都能接受的规则。 为进行计算机网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。协议总是指某一层 协 议，准确地说，它是对同等实体之间的通信制定的有关通信规则约定的集合。 网络协议的三个要素：
语义(Semantics)：涉及用于协调与差错处理的控制信息。
语法(Syntax)：涉及数据及控制信息的格式、编码及信号电平等。
定时(Timing):涉及速度匹配和排序等

2.OSI七层模型

2.1各层功能

osi 的体系结构定义了一个七层模型，用以进行进程间的通信，并作为一个框架来协调 各层 标准的制定；0SI 的服务定义描述了各层所提供的服务，以及层与层之间的抽象接 口和交互 用的服务原语；0SI 各层的协议规范，精确地定义了应糸发送何种控制信息及 何种过程来解 释该控制信息。y 次结构助记方式见下图 6-1 所示： 0SI/RM 将系统分成了七层，从下到上分别为物理层(Physical Layer, PHL)、数据链路层(Data Link Layer, DLL)、网络层(Network Layer, NL)> 传输层(Transport Layer, TL)> 会话层(Session Layer, SL)> 表示层(Presentation Layer, PL)和应用层 (Application Layer, AL),如图 3T 所示。

2.1.1.物理层

提供相邻设备间的比特流传输。它是利用物理通信介质为上一层(数据链路层)提供一 个物理 连接，通过物理连接透明地传输比特流。 所谓透明传输指经实际电路后传送的比特流没有变化，任意组合的比特流都可以在这个 电路 上传输，物理小不知道比特的含义。物理层要考虑的是如何发送“0”和“1”， 以及接收端如何 识别。

2.1.2.数据链路层

负责在两个相邻的节点间的线路上无差错地传送以帧为单位的数据，每一帧包括一定的 数据 和必要的控制信息，在接收点接收到数据出错时要通知发送方重发，直到这一帧无 误地到达 接收节点。数据链路层就是把一条有可能出错的实际链路变成让网络层看来好 像不出错的链 路。

2.1.3.网络层

网络中通信的两个计算机之间可能要经过许多个节点和链路,还可能经过几个通信子网。 网 络层数据的传送单位是分组(packet),网络层的任务就是要选择合适的路由，使发 送站的运输 层发下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站并交付目的站的运输 层，这就是网络层 的寻址功能。

2.1.4.传输层

任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式为两个端系统 的 会话层之间建立一条传输连接，透明地传输报文。 传输层向上一层提供一个可靠的端到端的服务，使会话层不知道传输层以下的数据通信 的 细节。

2.1.5.会话层

会话层虽然不参与具体的数据传输，但它对数据进行管理，它向互相合作的表示进程之 间 提供一套会话设施，组织和同步它们的会话活动，并管理它们的数据交换过程。

2.1.6.表示层

在开放系统互连 0SI 模型中的第六眼，向应用进程提供信息表示方式，使不同表示方式 的 系统之间能进行通信。表示层还负责数据的加密和压缩。

2.1.7.应用层

在开放系统互连 0SI 模型中的最高层，为应用程序提供服务以保证通信。主要就是对软件提供接口让软件程序能使用网络服务。

2.2SAP概念

封装就是网络节点把要传送的数据用特定的协议打包后传送。多数协议是通过在原有数 据 之前加上封装头来实现封装的，一些协议还要在数据之后加上封装尾，而原有的数据 就成 为载荷。在发送方，osi 七层模型的每一层都对上层数据进行封装，以保证数据能 够正确无 误的传到目的地；而在接收方，每一层又对本层的封装数据进行解封装，并传 给上层，以 便数据被上层所理解。
(N)层实体向(N+1)层实体提供服务，(N+1)层实体向(N)层实体请求服务，从概念 上讲，这 是通过位于(N)层和(N+1)层的界面上的服务访问点(N) SAP 来实现的。(N) SAP 是一个访问 工具，由一组服务元素和抽象操作组成，并由(N+1)实体在该点调用。我们把(N)层中提供(N) 服务的那些(N)实体总称为(N)服务提供者；而把调用(N) 服务的(N+1)实体称为(N)服务用户。 如图 3-2 所示

图 3-2 服务访问点 SAP 在 0SI 环境内，用息传送发生在一层的已建立起连接的对等实体之间，也可发生在同一 开 放系统相邻子系统的实体之间。因此，采用不同类型的数据单元来表示这种不同传送 方式 的信息。 (N)协议数据单元(N) PDU：已建立起连接的同层对等(N)实体间交换信息的单元。 (N)服务数据单元(N) SDU：从相邻两层实体交换信息是服务提供者与服务用户之间交 换信 息。 (N)接口数据单元(N) IDU：在(N+l)/f (N)层边界上，把(N+1)实体与(N)实体 交换的信息通称 为(N)接口数据

3.TCP/IP体系结构

3.1各层功能

osi 是国际标准化组织为了实现设备互联而提出的一个纯理论的框架性的概念。因为 0SI 的 网络模型标准比较严格、过于复杂，另外推出的时间也相对较晚，所以目前还没 有完全按 照 0SI 模型实现的网络。而另一方面随着因特网的迅速发展，TCP/IP 体系结 构开始普及， 是我们实际应用最广泛的一种网络模型。 TCP/IP 协议族也是一种层次体系结构，共分为 5 层，其中的底层物理层和数据链路层 只要 能够支持IP层的分组传送即可，因此作为网络接口层来对待。从层次结构的角度 出发，TCP/IP 的体系结构模型如表 3-1 所示。 表 3-1 TCP/IP 协议层次关系

3.2各层协议

TCP/IP 协议族各层的功能简介如下： 网络接口层：提供 IP 数据报的发送和接收。该层使用协议为各通信子网本身固有的协 议。 例如以太网的 802. 3 协议、令牌环网的 802. 5 协议以及分组交互网的 X. 25 协议等。
网络层：提供计算机间的分组传输。
（1）高层数据的分组生成；
（2）底层数据报的分组 组 装；
（3）处理路由、流控、拥塞等问题。IP 协议提供统一的地址格式和 IP 数据包格 式， 以消除各通信子网的差异，从而为信息发送方和接受方提供透明通道。 传输层：提供应用程序间的通信。
（1）格式化信息流；
（2）提供可靠传输。TCP 协议提 供 面向连接的可靠的字节流传输；UDP 协议提供无连接的不可靠的数据包传输。 应用层：提供常用的应用程序。
应用层协议有 HTTP、FTP、SMTP、POP3、Telnet、DNS、 SNMP、RIP、DHCP 协议等。其中 HTTP、FTP、SMTP、POP3、Telnet 的传输层承载协议 是 基于 TCP 的。DNS、SNMP、RIP、DHCP 的传输层承载协议是爲于 UDP 的。

4.片尾彩蛋

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