【系统架构师】计算机网络⑮-网络概述和模型(网络概念|网络分类|网络拓扑结构|通信技术|OSI/RM七层参考模型)
本文摘要: 计算机网络是计算机与通信技术结合的产物,主要功能包括数据通信、资源共享和分布式处理等。文章从网络分类(局域网、城域网、广域网)、拓扑结构(总线型、星型、环型、树型、分布式)、通信技术(信道、复用/多址技术、5G特征)等方面系统介绍了网络基础知识,并详细阐述了OSI七层参考模型各层功能。重点分析了5G网络的关键技术创新,如大规模MIMO、毫米波等技术特性,以及网络切片等新型架构特点。全文
一、网络概述
计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物,实现了远程通信、远程信息处理和资源共享。
计算机网络的功能:数据通信、资源共享、管理集中化、实现分布式处理、负载均衡。
网络性能指标:速率、带宽(频带宽度或传送线路速率)、吞吐量、时延、往返时间、利用率。
网络非性能指标:费用、质量、标准化、可靠性、可扩展性、可升级性、易管理性和可维护性。
二、网络分类
按通信距离可将计算机网络分为局域网、城域网和广域网。
三、网络拓扑结构
网络拓扑结构指的是网路中通信线路和几何排序,用于表示整个网络的机构外貌,反映各结点之间的结构关系。
常用的网络拓扑结构有:
总线型:使用一根电缆连接所有的节点,主缆充当整个网络的主干,网络中的一台计算机充当计算机服务器,当它有两个端点时,称为线性总线拓扑
- 利用率低、干扰大、价格低
星型:所有计算机都在集线器的帮助下连接,中心的机器被称为中心节点,所有其他节点都使用此中心节点连接,它在局域网上最受欢迎,因为它们既便宜又易于安装。
- 交换机形成的局域网、中央单元负荷大
环型:每台设备正好有两台相邻设备用于通信,之所以被称为环形拓扑,因为它的形成类似于环。
在此拓扑中,每台计算机都连接到另一台计算机,都是最后一个节点与第一个节点组合在一起。
此拓扑使用令牌将信息从一台计算机传递到另一台计算机,所有消息都以相同的方向通过环。
- 流动方向固定、效率低扩充难
树型:有一个根节点,所有其他节点都连接在一起,形成一个层次结构,因此,它也称为分层拓扑。此拓扑将各种星形拓扑集成到一条总线中,因此称为星形总线拓扑。树型拓扑是一种非常常见的网络,类似于总线和星型拓扑。
- 总线型的扩充、分级结构
分布式 :组合了两个或多个拓扑,不能以一个标准拓扑来衡量。
- 任意节点连接、管理难度成本高
四、通信技术
计算机网络是利用通信技术将数据从一个结点传送到另一结点的过程。通信技术是计算机网络的集成。
1.信道
信道可分为物理信道和逻辑信道。
物理信道由传输介质和设备组成,根据传输介质的不同,分为无线信道和有线信道。
逻辑信道是指在数据发送端和接收端之间存在的一条虚拟线路,可以是有连接或无连接的。逻辑信道以物理信道为载体。
2.发信机
发信机进行的信号处理包括信源编码、信道编码、交织、脉冲成形和调制。相反地,收信机进行的信号处理包括解调、采样判决、去交织、信道译码和信源译码。
3.复用技术和多址技术
如果同时传递多路数据就需要复用技术和多址技术。复用技术是指在一条信道上同时传输多路数据的技术,如TDM时分复用、FDM频分复用和CDM码分复用等。多址技术是指在一条线上同时传输多个用户数据的技术,在接收端把多个用户的数据分离(TDMA时分多址、FDMA频分多址和CDMA码分多址)
4.5G通信网络
作为新一代的移动通信技术,5G的网络结构、网络能力和应用场景等都与过去有很大不同,其特征体现在一下方面。
(1)基于OFDM优化的波形和多址接入
(2)实现可扩展的OFDM间隔参数配直
(3)OFDM加窗提高多路传输效率
(4)灵活框架设计
(5)大规模MIMO:最多256根天线
(6)毫米波:频率大于24GHz以上的频段
(7)频谱共享
(8)先进的信道编码设计
5G网络的主要特征:服务化机构、网络切片
五、OSI/RM七层参考模型
OSI/RM参考模型一共有七层,由低层到高层分别为:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层,以下表中是各个层次主要功能:

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