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  • 互联网体系结构

    2020-04-27 10:27:25
    以五层结构体系为例 物理层:实现比特流的透明传输,基本单位:比特。 数据链路层主要功能:封装成帧,透明传输,差错检测。 网络层功能:路径的选择,数据的转发。 运输层:负责向两台主机中进程之间的通信提供...

    以五层结构体系为例
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    物理层:实现比特流的透明传输,基本单位:比特。

    数据链路层主要功能:封装成帧,透明传输,差错检测。

    网络层功能:路径的选择,数据的转发。

    运输层:负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。传输层主要有两种协议:传输控制协议TCP,用户数据报协议UDP

    应用层:面向用户,提供应用程序,实现网络服务。

    对于TCP/IP协议的网络接口层,对应于五层结构协议的物理层和数据链路层。

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  • ARM体系结构

    千次阅读 2018-11-14 10:35:59
    ARM体系结构

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    1. ARM概述

    1.1 Application Cortex Processors (ARM Cortex 应用处理器 )

           • Cortex™-A 系列 - 开放式操作系统的高性能处理器
         Cortex 应用处理器在先进工艺节点中可实现高达 2GHz+ 标准频率的卓越性能,从而可支持下一代的移动 Internet 设备。这些处理器具有单核和多核种类,最多提供四个具有可选 NEON™ 多媒体处理模块和先进浮点执行单元的处理单元。

         所有 Cortex-A 处理器都共享共同的体系结构和功能集。 这使其成为开放式平台设计的最佳解决方案,因为此时不同设计之间软件的兼容性和可移植性最重要:

    1.2 Embedded Cortex Processors (ARM Cortex 嵌入式处理器)

        • Cortex-R 系列 - 面向实时应用的卓越性能
        • Cortex-M 系列 - 面向具有确定性的微控制器应用的成本敏感型解决方案
        Cortex 嵌入式处理器旨在为各种不同的市场提供服务。

        Cortex-M 系列处理器主要是针对微控制器领域开发的,在该领域中,既需进行快速且具有高确定性的中断管理,又需将门数和可能功耗控制在最低。

        而 Cortex-R 系列处理器的开发则面向深层嵌入式实时应用,对低功耗、良好的中断行为、卓越性能以及与现有平台的高兼容性这些需求进行了平衡考虑。

    1.3 Classic ARM Processors (经典 ARM 处理器)

         • ARM11™ 系列 - 基于 ARMv6 架构的高性能处理器
         • ARM9™ 系列 - 基于 ARMv5 架构的常用处理器
         • ARM7™ 系列- 面向通用应用的经典处理器 
           ARM 经典处理器适用于那些希望在新应用中使用经过市场验证的技术的组织。这些处理器提供了许多的功能、卓越的能效和范围广泛的操作性能,适用于成本敏感型解决方案。这些处理器每年都有数十亿的发货量,因此可确保设计者获得最广泛的生态系统和资源,从而最大限度地减少集成过程中出现的问题并缩短上市时间。

     2. ARM架构

          ARM 架构在不断演进的同时在各个实现之间保持了很高的兼容性。

         • ARMv4T架构

           引进了 16 位 Thumb® 指令集和 32 位 ARM 指令集,目的是在同一个架构中同时提供高性能和领先的代码密度。16 位 Thumb 指令集相对于 32 位 ARM 指令集可缩减高达 35% 的代码大小,同时保持 32 位架构的优点。
    示例处理器- ARM7TDMI®


           • ARMv5TEJ 架构

            引进了数字信号处理 (DSP) 算法(如饱和运算)的算术支持和 Jazelle® Java 字节码引擎来启用 Java 字节码的硬件执行,从而改善用 Java 编写的应用程序的性能。与非 Java 加速内核比较,Jazelle 将 Java 执行速度提高了 8 倍,并且减少了 80% 的功耗。许多基于 ARM 处理器的便携式设备中已使用此架构,目的是在游戏和多媒体应用程序的性能方面提供显著改进的用户体验。
          示例处理器 - ARM926EJ-S™ 和 ARM968E-S™


            • ARMv6 架构

             引进了包括单指令多数据 (SIMD) 运算在内的一系列新功能。SIMD 扩展已针对多种软件应用程序(包括视频编解码和音频编解码)进行优化,对于这些软件应用程序,SIMD 扩展最多可将性能提升四倍。此外,还引进了作为 ARMv6 体系结构的变体的 Thumb-2 和 TrustZone 技术。
           示例处理器 - ARM1176JZ 和 ARM1136EJ


           • ARMv6M 架构

            为低成本、高性能设备而设计,向以前由 8 位设备占主导地位的市场提供 32 位功能强大的解决方案。其 16 位 Thumb 指令集架构允许设计者设计门数最少却十分经济实惠的设备。始终如一的中断处理结构和编程器模式为所有 Cortex-M 系列处理器(从 Cortex-M0 处理器到 Cortex-M3 处理器)提供了完全向上兼容的途径。
          示例处理器 - Cortex™-M0 和 Cortex-M1


           • ARMv7 架构

             向目标应用提供一组自定义配置文件。所有 Cortex 处理器都实现了 ARMv7 架构(实现 ARMv6M 的 Cortex-M 系列处理器除外)。所有 ARMv7 架构配置文件都实现了 Thumb-2 技术(一个经过优化的 16/32 位混合指令集),在保持与现有 ARM 解决方案的代码完全兼容的同时,既具有 32 位 ARM ISA 的性能优势,又具有 16 位 Thumb ISA 的代码大小优势。ARMv7 架构还包括 NEON™ 技术扩展,可将 DSP 和媒体处理吞吐量提升高达 400%,并提供改进的浮点支持以满足下一代 3D 图形和游戏以及传统嵌入式控制应用的需要。Cortex 架构旨在横跨各种应用领域(从成本少于 1 美元的微控制器到功能强大,运行速度超过 2GHz 的多核设计)。此架构分为 3 种配置文件:

              • Cortex-A -应用配置文件,它拥有MMU(内存管理单元)、用于多媒体应用的可选 NEON 处理单元以及支持半精度、单精度和双精度运算的高级硬件浮点单元的基础上实现了虚拟内存系统架构。 它适用于高端消费电子设备、网络设备、移动互联网设备和企业市场。示例处理器 - Cortex-A9, Cortex-A8 和 Cortex-A5
             • Cortex-R - 实时配置文件,它在 MPU(内存保护单元)的基础上实现了受保护内存系统架构。它适用于高性能实时控制系统(包括汽车和大容量存储设备)。示例处理器 - Cortex-R4(F)
             • Cortex-M - 微控制器配置文件,可进行快速中断处理,适用于需要高度确定的行为和最少门数的成本敏感型设备。示例处理器 - Cortex-M3

         • ARMv8 架构

           ARMv8-A 将 64 位体系结构支持引入 ARM 体系结构中,其中包括:

           • 64 位通用寄存器、SP(堆栈指针)和 PC(程序计数器)
           •  64 位数据处理和扩展的虚拟寻址
           两种主要执行状态:
           • AArch64 - 64 位执行状态,包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持
           • AArch32 - 32 位执行状态,包括该状态的异常模型、内存模型、程序员模型和指令集支持
          这些执行状态支持三个主要指令集:

           •  A32(或 ARM):32 位固定长度指令集,通过不同体系结构变体增强部分 32 位体系结构执行环境现在称为 AArch32
           •  T32 (Thumb),以 16 位固定长度指令集的形式引入,随后在引入 Thumb-2 技术时增强为 16 位和 32 位混合长度指令集。部分 32 位体系结构执行环境现在称为 AArch32
           • A64:提供与 ARM 和 Thumb 指令集类似功能的 32 位固定长度指令集。随 ARMv8-A 一起引入,它是一种 AArch64 指令集。
           • ARM ISA 不断改进,以满足前沿应用程序开发人员日益增长的要求,同时保留了必要的向后兼容性,以保护软件开发投资。在 ARMv8-A 中,对 A32 和 T32 进行了一些增补,以保持与 A64 指令集一致。

    3. NEON

               ARM® NEON™ 通过 SIMD 引擎可有效处理当前和将来的多媒体格式,从而改善用户体验。
          NEON 技术可加速多媒体和信号处理算法(如视频编码/解码、2D/3D 图形、游戏、音频和语音处理、图像处理技术、电话和声音合成),其性能至少为 ARMv5 性能的 3 倍,为 ARMv6 SIMD 性能的 2 倍。

          NEON 技术是通过清晰方式构建的,并可无缝用于其本身的独立流水线和寄存器文件。
          NEON 技术是 ARM Cortex™-A 系列处理器的 128 位 SIMD(单指令多数据)体系结构扩展,旨在为消费性多媒体应用提供灵活强大的加速功能,从而明显改善用户体验。 它具有 32 个寄存器,64 位宽(是 16 个寄存器,128 位宽的双倍视图。)

         NEON 指令可执行“打包的 SIMD”处理:

    • 寄存器被视为同一数据类型元素矢量
    • 数据类型可为:有符号/无符号的 8 位、16 位、32 位、64 位单精度浮点
    • 指令在所有通道中执行同一操作

          使用 NEON 技术的 ARM Cortex™-A 系列处理器,以及 ARM 的 Mali 多媒体硬件解决方案可用于多媒体应用,范围从智能手机和移动计算设备到 HDTV。

    3.1 NEON 增强了用户体验

          NEON 可增强许多多媒体用户体验:

    • 观看任意格式的任意视频
    • 编辑和强化捕获的视频 – 视频稳定性
    • 锯齿消除渲染和合成
    • 游戏处理
    • 快速处理几百万像素的照片
    • 语音识别
    • 强大的多通道高保真音频处理

    3.2 NEON 的特征和优点

    3.2.1 NEON 支持用于 Internet 应用程序的范围广泛的多媒体编解码器:

    • 许多软编解码器标准:MPEG-4、H.264、On2 VP6/7/8、Real、AVS.....
    • 对于各种格式的正常大小的“Internet 流”解码来说,是理想的解决方案
    • 不仅仅针对编解码器,还适用于 2D 和 3D 图形和其他矢量处理
    • 提供现有工具、操作系统支持体系支持

    3.2.2 所需周期减少:

    • NEON 可使复杂视频编解码器的性能提升 60-150%
    • 单个简单 DSP 算法可实现更大的性能提升(4 倍 -8 倍)
    • 处理器可更快进入睡眠状态,从而在整体上节约了动态功耗 

    3.2.3 NEON 技术的大量元素能够提高性能并简化软件开发过程,如: 

    • 通过对齐和非对齐数据访问,可对 SIMD 操作进行有效的矢量化。
    • 清晰的指令集体系结构,设计用于自动矢量化编译器和手动编码。
    • 有效访问打包数组,如 ARGB 或 xyz 坐标
    • 支持整数和浮点操作,以确保适合从编解码器、高性能计算到 3D 图形等广泛应用领域。
    • 与 ARM 处理器紧密结合,提供单指令流和内存的统一视图,从而能够提供一个具有更简单工具流的开发平台目标。nbsp;
    • 通过具有双 128 位/64 位视图的大型 NEON 寄存器文件,可有效处理数据并尽可能减少对内存的访问,从而增加了数据吞吐量。

     


     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

               

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  • 计算机体系结构要点

    千次阅读 多人点赞 2017-11-21 16:22:06
    chapter1 计算机的种类 大型主机 小型机,超级计算机 微处理器 ...计算机体系结构定义—>两个概念 概念结构与功能特性 抽象层设计 计算机系统结构与计算机组成,实现的关系 程序员看到的计算

    chapter1

    计算机的种类

    个人计算机 Personal Computer (PC)
    工作站 WorkStation (WS)
    小型机 Mini Computer
    中型机 Mainframe
    小巨型机 Minisupercomputer
    巨型机 Supercomputer

    摩尔定律

    集成电路芯片上所集成的电路的数目,每隔18个月就翻一番。2、微处理器的性能每隔18个月提高一倍,而价格下降一倍

    计算机体系结构定义—>两个概念

    1.概念结构与功能特性:
    计算机系统中软硬件界面的确定,其界面之上的是软件的功能,界面之下的是硬件和固件的功能
    2.抽象层设计:
    宽泛定义:使用各种可行的制造工艺进行抽象层的设计,使得应用程序有效运行。
    3.计算机系统结构与计算机组成,实现的关系:
    计算机组成:计算机体系结构的逻辑实现。
    计算机实现:计算机组成的物理实现。
    一种体系结构可以有多种组成。 一种组成可以有多种物理实现。

    程序员看到的计算机属性

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    chapter2

    **单核处理器时代的终结

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    阿姆达尔定律

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    CPI

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    chapter3

    *指令集架构

    1.每个指令都是由CPU的硬件直接执行的
    2.由于硬件只能识别位,所以采用二进制格式提出修改建议
    3.固定或可变长度格式
    4.字的大小通常是今天的16,32,64位

    *RISC vs CISC

    *内部存储结构

    这里写图片描述这里写图片描述

    *端序/字节序

    chapter4

    流水线的基本原理

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    流水线技术:将一个重复的时序过程分解成为若干个子过程,而每个子过程都可有效地在其专用功能段上与其他子过程同时执行。
    流水线中每个子过程及其功能部件称为流水线的段(级),段与段相互连接形成流水线。流水线的段数称为流水线的深度。
    流水线的特点:
    1.多条指令同时执行
    2.流水线中每一步完成一条指令
    3.指令沿流水线移动一次的时间间隔就是一个机器周期
    MIPS64的3种指令:
    ALU指令,Load和Store指令,分支和跳转指令

    通过与排空时间:
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    时空图:
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    三种冲突

    1.结构冲突
    原因:某些功能部件没有充分流水,某些资源没有充分重复设置
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    2.数据冲突:
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    冲突解决

    旁路技术:针对数据冲突,指ALU(逻辑运算单元)的结果总是从EX/MEM或MEM/WB寄存器反馈至下一ALU
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    冲突检测:当硬件检测到前面某条指令的结果寄存器就是当前指令的源寄存器时,控制逻辑单元就会讲前面那条指令的结果直接从其产生的地方传递到当前指令所需的位置。
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    编译带调度技术(结构冲突在分支上会导致三个节拍的停顿):
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    1.停顿直至分支方向确定
    2.预测分支不成功
    3.预测分支成功
    4.分支延迟:
    分支延迟这里写图片描述

    流水线的性能:

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    chapter5指令级并行

    *指令级并行

    重叠执行指令以提高性能
    利用ILP的两种方式:
    1.依靠硬件来动态地发现和利用并行性
    2.依靠软件技术在编译时静态寻找并行性

    *静态与动态

    *基本块

    除入口与出口外没有其他分支的线性指令序列

    *相关(与冲突的关系)

    相关性是程序的特性; 冲突是流水线结构的特性;
    相关性的存在只预示着存在有冲突的可能性。

    *循环展开

    *动态分支预测

    分支历史表:2位用于循环精度
    相关性:
    Tournament predictors
    分支目标缓冲:包括分支地址和预测

    *分支目标缓冲

    *动态调度

    记分牌
    前瞻执行:
    允许在处理器还未判断指令是否能执行之前就提前执行,以克服控制相关
    再定序缓冲

    *超标量

    *超长指令字

    采用多个独立的功能部件,将多条指令的操作组装成固定格式的指令包,形成一条非常长的指令。超长指令字的格式固定,处理过程简单,处理器所需硬件量比超标量要少
    

    chapter6

    指令窗口

    *线程级并行,多线程

    数据级并行

    **粒度切换

    细粒度切换:在每条指令间都能进行线程切换;优点是能够隐藏任何或长或短的阻塞带来的吞吐量的损失;缺点是减慢了每个独立线程的执行。
    粗粒度切换:只发生在代价较高,时间较长的阻塞出现时;优点是不会减慢线程的执行时间;缺点是不能有效地减少吞吐率的损失。

    *同时多线程

    同时多线程技术是一种在多流出、动态调度处理器上同时开发线程级并行和指令级并行的改进的多线程技术。
    

    使用动态调度技术的处理器已经具有了开发线程级并行所需的硬件设置:
    1. 动态调度超标量处理器有大量的虚拟寄存器组,可以用来保存每个独立线程的寄存器状态。
    2.由于寄存器重命名机制提供了唯一的寄存器标识符,多个线程的指令可以在数据路径上混合执行,而不会导致各线程间源操作数和目的操作数的混乱。
    3.为每个线程设置重命名表、保留各自的PC值、提供多个线程的指令结果提交的能力来实现。

    chapter7

    * 存储系统的层次结构

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    * 局部性原理

    * 映像规则

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    查找算法

    替换算法

    Random、LRU、FIFO

    * 写策略:写直达与写回,按写分配与不按写分配

    写缓存

    chapter8

    ** 可靠性、可用性与可信性

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    ** 廉价磁盘冗余阵列

    RAID 0:严格说,不属于RAID系列
    数据分块,即把数据分布在多个盘上,非冗余阵列、无冗余信息
    2.RAID 1: Disk Mirroring, Very high availability can be achieved,Bandwidth sacrifice on write,读性能好,最昂贵的解决方案
    3.RAID2:需要多个磁盘来存放海明校验码信息,冗余磁盘数量与数据磁盘数量的对数成正比(log2m,m为数据盘的个数), 并未被广泛应用,目前还没有商业化产品
    4.RAID 3:保护组中有N个数据盘的冗余代价为1/N (冗余盘和数据盘之比

    chapter9

    * 冲突在哪里?

    分段开采技术

    向量跨距/步长

    chapter10

    * 计算机分类

    个人计算机 Personal Computer (PC)
    工作站 WorkStation (WS)
    小型机 Mini Computer
    中型机 Mainframe
    小巨型机 Minisupercomputer
    巨型机 Supercomputer

    * Flynn分类法

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    * 多处理机与多计算机

    多处理机:搭建难、编程易
    多计算机:搭建易、编程难
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    *机群、对称式共享存储多处理机、大规模并行处理机

    *集中式存储器,分布式存储器

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    *消息传递,共享存储

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  • 计算机网络体系结构

    千次阅读 多人点赞 2019-11-26 23:12:11
    (一)计算机网络概述 ...(二)计算机网络体系结构与参考模型 计算机网络分层结构 计算机网络体系结构什么分层 如何分层 实体 协议(水平) 接口(访问服务点SAP) 服务(垂直) ISO/OSI参考模型 TCP/IP参...

    (一)计算机网络概述

    计算机网络的概念、组成与功能

    概念

    功能

    组成

    工作方式

    分类

    计算机网络的标准化工作及相关组织

    标准分类

    计算机网络的标准化工作

    相关组织

    (二)计算机网络体系结构与参考模型

    计算机网络分层结构

    计算机网络体系结构

    为什么分层

    如何分层

    实体

    协议(水平)

    接口(访问服务点SAP)

    服务(垂直)

    ISO/OSI参考模型 TCP/IP参考模型

    五层参考模型

    易错问题

    计算机网络性能指标


    (一)计算机网络概述

    计算机网络的概念、组成与功能

    概念

    计算机网络

    计算机网络是一个互连的,自治的计算机集合。

    自治计算机:能够进行自我管理,配置和维护的计算机。

    internet(互连网)指由多个计算机网络互联而成的网络,网络间的通信协议是可以任意的。

    Internet(互联网)指当前全球最大的,开放的,由众多网络相互连接而成的特定互连网采用TCP/IP协议族作为通信协议。

    功能

    数据通信(连通性)

    数据在信道上进行传输,保证不同主机之间的连通性。
    是计算机网络最重要和最基本的功能。
    包括:连续控制,传输控制,路由选择,流量控制,差错控制,多路复用等子功能。

    资源共享

    硬件资源共享 软件资源共享 数据资源共享

    分布式处理 信息综合处理 提高可靠性 负载均衡

    分布式处理 :多台计算机各自承担同一任务的不同部分。

    信息综合处理:将分散在各地计算机中的数据资料进行集中处理或分级处理。

    提高可靠性:计算机网络中的各台计算机可以通过网络互为替代机。

    负载均衡:将工作任务均衡地分配给计算机网络中的各台计算机。

    ……

    组成

    物理组成:

    硬件

    端系统 (主机)
    通信处理机
    通信链路 (光纤 双绞线… )
    通信设备( 路由器 交换机… )

    软件

    端系统上的各种应用软件。

    协议

    为进行网络中的数据交换而建立的一系列规则和约定的集合。

    功能/逻辑组成:

    通信子网

    传输介质,通信设备和相应的网络协议组成,为网络提供数据传输,交换和控制能力,实现联网计算机之间的数据通信。(实现数据通信)

    资源子网

    由主机,终端以及各种软件资源,信息资源组成,负责全网的数据处理业务,向全网用户提供网络资源与服务。 (实现资源共享/数据处理)

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    工作方式

    边缘部分

    (用户直接使用,主机进行信息处理)
    通信方式:
    C/S方式:
    P2P方式:

    核心部分

    (为边缘部分提供服务,路由器按存储转发方式进行分组交换)
    路由器
    网络

    分类

    按分布范围分类

    广域网WAN:(交换技术)
    城域网MAN:
    局域网LAN:(广播技术)
    个人区域网PAN:

    按拓扑结构分类

    总线型网络:
    星型网络:
    环形网络:
    网状形网络:(常用于广域网)

    按传输技术分类

    广播式网络:(共享公共通信信道)
    点对点网络:(使用分组存储转发和路由选择机制)

    按使用者分类

    公用网:中国电信,中国移动…
    专用网:铁路,军队,银行…

    按交换技术分类

    电路交换网络:
    报文交换网络:
    分组交换网络:

    计算机网络的标准化工作及相关组织

    实现不同厂商的硬件和软件之间互联互通,必须遵从统一的标准。

    标准分类

    法定标准:有权威机构制定的正式的,合法的标准。(7层OSI参考模型)
    事实标准:某公司的产品在竞争中占据主流,这些产品中的技术和协议成为了标准。(4层TCP/IP参考模型)

    计算机网络的标准化工作

    需要经历以下四个步骤:
    1 因特网草案
    2 建议标准(RFC文档:因特网标准的形式)
    3 草案标准(2011年起,取消该阶段)
    4 因特网标准

    相关组织

    国际标准化组织(ISO):OSI参考模型、HDLC协议
    国际电信联盟(ITU):制定通信规则
    美国电气和电子工程师协会(IEEE):学术机构 IEEE802系列标准 5G相关协议
    Internet工程任务组IETF:负责因特网相关标准的制定

    (二)计算机网络体系结构与参考模型

    计算机网络分层结构

    计算机网络体系结构

    计算机网络体系结构是计算机网络的各个层次及其协议的集合。

    计算机体系结构是从功能上描述计算机网络结构。

    计算机网络体系结构简称网络体系结构(分层结构)。

    每层遵循某个or某些网络协议完成本层的功能。

    第n层向n+1层提供服务时,此服务不仅包含第n层的服务,还包含由下层服务提供的功能。

    仅仅在相邻层有接口,且提供服务的具体实现细节对上一层完全屏蔽。

    体系结构是抽象的,而实现是指能运行的一些软件和硬件。

    为什么分层

    计算机网络是个非常复杂的系统,相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行,而分层可以将庞大而复杂的问题,转化为若干个较小的局部问题,而这些较小的局部问题就比较容易研究和处理。

    如何分层

    应用层

    所有能和用户交互产生网络流量的程序。
    典型应用层服务:文件传输(FTP) 电子邮件(SMTP) 万维网(HTTP)…

    表示层

    用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式(语法和语义)
    功能:
    数据格式交换
    数据加密解密
    数据压缩恢复
    协议:JPEG ASCII

    会话层

    向表示层实体/用户进程提供建立连接并在连接上有序地传输数据。(建立同步SYN)
    功能:
    建立 管理 终止会话
    使用校验点可使会话在通信失效时从校验点/同步点继续恢复通信,实现数据同步(适用传输大文件)
    协议:ADSP ASP

    传输层

    负责主机中两个进程的通信,即端到端的通信。传输单位是报文段或用户数据报。
    功能:
    可靠传输,不可靠传输
    差错控制
    流量控制
    复用分用
    协议:TCP UDP

    网络层

    主要,任务是把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务,传输单位是数据报
    功能:
    路由选择
    流量控制
    差错控制
    拥塞控制
    协议:IP IPX ICMP IGMP ARP RARP OSPF

    数据链路层

    主要任务是把网络层传下来的数据报组装成帧。传输单位为帧。
    功能:
    成帧(定义帧的开始和结束)
    差错控制(帧错 + 位错)
    流量控制
    访问(接入)控制 (控制对信道的访问)
    协议:SDLC HDLC PPP STP

    物理层

    主要任务是在物理媒体上实现比特流的透明传输。传输单位为比特。
    功能:
    定义接口特性
    定义传输模式(单工资半双工 双工)
    定义传输速率
    比特同步
    比特编码
    协议:Rj45 802.3

    分层的基本原则

    各层之间相互独立。每层只实现一种相对独立的功能。
    灵活性好。除接口之外,任意一层发生变化,其上或其下层不受影响。
    结构上可分隔开。每层采用最合适的技术实现。
    易于实现和维护。
    整个分层结构促进标准化工作。

    实体

    表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。(进程)

    第n层中的活动元素称为n层实体,同一层次的实体称为对等实体。

    不同机器上的同一层次称为对等层。

    协议(水平)

    控制网络中的两个对等实体进行通信的规则,标准或约定称为网络协议。
    协议三要素:
    语法:规定传输数据的格式。(怎么讲)
    语义:规定所要完成的功能。(讲什么)
    同步:规定各种操作的顺序。(时序)

    接口(访问服务点SAP)

    表示同一结点相邻层之间交换信息的连接点,下层提供接口向上层提供服务服务点。

    SDU服务数据单元

    为完成用户所要求的功能而应传送的数据。

    PCI协议控制信息

    控制协议操作的信息。

    ICI接口控制信息

    控制接口操作的信息。

    PDU协议数据单元

    同等层对等实体之间传送的数据单元。
    n-PCI + n-SDU = n-PDU

    IDU接口数据单元

    相邻层接口之间的数据单元。
    n-ICI + n-SDU = n-IDU

    在这里插入图片描述

    服务(垂直)

    各层向它的直接上层提供的功能调用(一组原语操作)。

    下层向上层通过接口通过服务。

    面向连接的服务

    当通信双方通信时,要事先建立一条通信线路,该线路
    面向无连接的服务包括建立连接,使用连接和释放连接三个过程。

    电话系统是一个面向连接的模式。

    面向无连接的服务

    通信双方不需要事先建立一条通信线路,而是把每个目的地址的包(报文分组)传送到线路上,由系统选定线路进行传输,IP和UDP就是两种无连接服务的协议。
    邮政系统是一个无连接的模式。

    有应答服务

    接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答。

    无应答服务

    接收方收到数据后不自动给出应答。

    可靠服务

    网络具有检错,纠错,应答机制,能保证数据正确,可靠地传送到目的地。

    不可靠服务

    网络不能保证数据正确,可靠地传送到目的地,只能尽量正确,可靠。

    ISO/OSI参考模型 TCP/IP参考模型

    为了解决计算机网络复杂的大问题,将之拆解成小问题,按功能分层解决。

    IBM公司第一个参考模型 SNA网络体系结构
    DEC公司提出DNA网络体系结构
    美国国防部提出TCP/IP网络体系结构
    ……(均被各公司垄断)

    为了支持异构网络系统的互联互通,国际标准化组织ISO于1984年提出开发(非垄断)系统互联(OSI)参考模型。
    在这里插入图片描述

    五层参考模型

    在这里插入图片描述

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    在这里插入图片描述

    易错问题

    OSI/ISO参考模型的网络层 即有连接服务也有无连接服务。

    TCP/IP协议的网络层只有无连接服务。
    网络层传输采用IP分组,IP分组头部含有源IP地址和目的IP地址,不是虚电路号,采用数据报服务;IP分组头部没有多分组进行编号和提供校验字段,所以是不可靠服务;IP分组头部没有相关建立连接字段,所以网络层属于无连接服务。

    OSI/ISO参考模型的传输层 只有面向连接服务,
    TCP/IP协议的传输层 既有面向连接服务也有面向无连接服务。

    在这里插入图片描述

    计算机网络性能指标

    速率

    又称 数据率/数据传输率/比特率

    连接在计算机网络上的主机在数字信道上传输数据位数的速率。

    MB/s 指兆字节每秒 指每秒传输的字节数量。
    Mbit/s 指兆比特每秒 指每秒传输的比特数(位数)。

    一般家庭上网是2M宽带,默认为2Mbit/s,而2M=2000k,因此下载速度限制在250kB/s。

    在描述磁盘容量时用KB,K=2¹⁰
    在描述宽带或者数据传输率时,kbit/s,k=10³

    速率单位:1Tbps (太)= 10³Gbps (吉)= 10⁶ Mkps (兆)= 10⁹kbps (千)= 10¹²bps

    存储单位:1Byte(字节) =8 bit(比特)
    1TB = 2¹⁰GB = 2²⁰MB= 2³⁰KB

    带宽

    原本指某个信号具有的频带宽度,即最高频率和最低频率之差,单位为赫兹(Hz)。

    计算机网络中,带宽表示网络通信线路传输数据的能力,通常指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”。单位是b/s kb/s Mb/s Gb/s Tb/s

    或者可以说,网络设备所支持的最高速度。

    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,单位b/s kb/s Mb/s。

    受到网络的带宽和额定速率的影响。

    特殊记忆:链路带宽 > 吞吐量 = 速率和

    时延

    指数据(报文/分组/比特流)从网络(或链路)的一端到另一端所需的时间。也叫延迟或迟延。单位为s。

    总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

    一般排队时延和处理时延忽略不计。

    发送时延/传输时延

    主机或路由器从发送数据帧的第一个比特开始,到该帧最后一个比特发送完毕所需的时间。

    发送时延 = 数据帧长度(bit 容量) / 信道带宽(bit/s 发送速率)

    传播时延

    电磁波在信道上传播一定距离所花费的时间,取决于电磁波传播速度和链路长度。

    电磁波速度在真空中与光速(3x108m/s)一致,在链路中速度有所损耗,大致在2x108m/s。

    传播时延 = 信道长度(m) / 电磁波在信道上的传播速率 (m/s)

    排队时延

    分组在进入网络传输时,经过许多路由器,进入路由器后在输入队列等待处理,在路由器查找路由表确定转发接口后,在输出队列中排队等待转发。

    处理时延

    主机或路由器在接收到分组时进行处理所需要的时间。

    分析分组首部,提取分组中数据部分,差错检验,和查找适当路由器。

    易错问题

    高速网络链路,提高的只是数据发送速率,减小了数据的发送时延。

    接收时延包含在发送时延和传播时延中。

    时延带宽积

    又称:以比特为单位的链路长度,即“某段链路的数据容量”。
    时延带宽积 (bit) = 传播时延 (s) x 带宽(发送速率 b/s)

    往返时延RTT

    从发送方发送数据开始,接收方收到数据后立即发送确认,到发送方收到接收方到确认,总共经历的延时。

    ping ip地址 / 域名 (如www.baidu.com)
    time = 35.253 ms

    RTT越大,在收到确认前,发送的数据越多。

    往返时延RTT = 往返传播时延 + 末端处理时间 = 传播时延 x 2 + 末端处理时间

    利用率

    信道利用率

    指某信道有百分之几的时间是被利用的(有数据通过)。
    信道利用率 = 有数据通过的时间 / (有+无)数据通过的时间

    网络利用率

    全网络的信道利用率的加权平均值。

    信道或网络的利用率过高会产生非常大的时延。
    因此拥有较大主干网的ISP通常控制信道利用率不超过50%,否则就要准备扩容,增大线路的带宽。

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    计算机网络

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