《计算机网络：自顶向下方法》学习笔记--第一章

课程来自于中科大郑烇老师

1.1 什么是Internet具体构成角度

节点

主机(端系统)及其上运行的应用程序

路由器、交换机等网络交换设备

边：通信链路

接入网链路：主机连接到互联网的链路

主干链路：路由器间的链路 协议

端系统

端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起。信息包被称为分组

分组交换机

分组交换机从一条入通信链路接收到达的分组，从一条出通信链路转发该分组，两种最著名的类型是路由器和链路层交换机

协议

端系统、分组交换机和其他因特网部件都要运行一系列协议，这些协议控制因特网中信息的接收和发送 一个协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及报文发送或接受一条报文或其他事件所采取的动作

服务角度

分布式的应用进程和基础设施

基础设施向进程提供通信服务

分布式应用是网络存在的理由

1.2 网络边缘网络结构

网络边缘： 主机 、应用程序（客户端和服务器）

网络核心： 互连着的路由器、网络的网络

接入网、物理媒体： 有线或者无线通信链路 网络边缘通过

接入网接到网络核心

两种模式

客户/服务器模式

客户端向服务器请求、接收服务 -- 如Web浏览器/服务器；email客户端/服务器

存在可扩展性的问题

对等（peer-peer ）模式

很少（甚至没有）专门的服务器，每个节点既是客户端又是服务器 -- 如迅雷、电驴

基础设施提供服务的两种方式

面向连接服务

在数据传输之前做好准备，两个通信主机之间为连接建立状态

TCP (Transmission Control Protocol,传输控制协议 )--Internet上面向连接的服务

可靠地、按顺序地传送数据 (确认和重传 )流量控制 (发送方不会淹没接收方 )拥塞控制 (当网络拥塞)

无连接服务

在数据传输之前不做准备，直接传送符合规范的报文

UDP (User Datagram Protoco，用户数据报协议)

使用TCP的应用： HTTP (Web), FTP (文件传 送), Telnet (远程登录), SMTP (email)

使用 UDP的应用： 流媒体、远程会议、 DNS、 Internet电话

1.3 网络核心

路由器的网状网络， 基本问题：数据怎样通过网络进行传输

电路交换

端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫

独享资源：不同享，每个呼叫一旦建立起来就能够保证性能如果呼叫没有数据发送，被分配的资源就会被浪费通常被传统电话网络采用

网络资源（如带宽）被分成片 (频分、时分、波分、码分)

为呼叫分配片

如果某个呼叫没有数据，则其资源片处于空闲状态 （不共享）

FDM - 频分复用 TDM - 时分复用

电路交换不适合计算机之间的通信

连接建立时间长

计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片较多

可靠性不高（如果一个关键的节点被破坏，会导致电路连接失效）

分组交换

以分组为单位在每个交换节点之间通过存储-转发方式交换

网络带宽资源不再分分为一个个片，传输时使用全部带宽

主机之间传输的数据被分为一个个分组

资源共享，按需使用

存储-转发：分组每次移动一跳（ hop ）

在转发之前，节点必须收到整个分组延迟比线路交换要大排队时间（如果到达速率>链路的输出速率：分组将会排队，等待传输；如果排队的路由器缓存用完了，分组将会被抛弃）

统计多路复用

分组的存储转发一段一段从源端传到目标端，按照有无网络层的连接，分成数据包网络和虚电路网络

关键功能

路由: 决定分组采用的源到目标的路径

转发: 将分组从路由器的输入链路转移到输出链路

分组交换vs电路交换

同样的网络资源，分组交换允许更多用户使用网络

分组交换是“突发数据的胜利者”

1.4 接入网和物理媒体家庭接入

两种最流行的类型：数字用户线(DSL)和电缆

DSL

采用现存的到交换局DSLAM的电话线

DSL线路上的数据被传到互联网DSL线路上的语音被传到电话网

< 2.5 Mbps上行传输速率(typically < 1 Mbps)

< 24 Mbps下行传输速率(typically < 10 Mbps)

电缆

利用有限电视的信号线 在不同频段传输不同信道的数据，数字电视和上网数据（上下行）

企业接入

通常是用局域网(LAN)将端用户连接到边缘路由器 其中，

以太网是最为流行的接入技术，有着10 Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps传输率

广域无线接入

5G 但是拖拉机跑在高速公路上，没有能使用更多带宽的应用

物理媒体

导引型媒体 --- 信号沿着固体媒介被导引：同轴电缆、光纤、双绞线

非导引型媒体 --- 开放的空间传输电磁波或者光信号，在电磁或者光信号中承载数字数据

1.5 Internet 结构和ISP

端系统通过接入ISPs (Internet Service Providers)连接到互联网

接入ISPs相应的必须是互联的，即网络的网络

1.6 分组延时、丢失和吞吐量四种分组延时

处理延时：检查 bit级差错；检查分组首部和决定将分组导向何处；（微秒或更低的数量级）

排队延时：在输出链路上等待传输的时间；依赖于路由器的拥塞程度；（毫秒到微秒级）

传输延时：R=链路带宽(bps)，L=分组长度(bits) ；将分组发送到链路上的时间= L/R ，存储转发延时

传播延时：d = 物理链路的长度，s = 在媒体上的传播速度；传播延时 = d/s

传输延时是路由器内部将分组推出需要的时间，传播延时是路由器之间传播需要的时间

节点延时

处理延时+排队延时+传输延时+传播延时

分组丢失链路的队列缓冲区容量有限当分组到达一个满的队列时，该分组将会丢失丢失的分组可能会被前一个节点或源端系统重传，或根本不重传
吞吐量

在源端和目标端之间传输的速率（数据量/单位时间）

瓶颈链路：端到端路径上，限制端到端吞吐的链路

1.7 协议层次和服务模型层次化方式将网络复杂的功能分层功能明确的层次，每一层实现了其中一个或一组功能，功能中有其上层可以使用的功能：服务本层协议实体相互交互执行本层的协议动作，目的是实现本层功能， 通过接口为上层提供更好的服务在实现本层协议的时候，直接利用了下层所提供的服务本层的服务：借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功能（上层可以利用的）+ 更下层所提供的服务

服务：低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力；

服务访问点 SAP (Services Access Point) ：上层使用下层提供的服务通过层间的接口—地点；

原语(primitive)：上层使用下层服务的形式

服务和协议

服务与协议的区别

服务(Service)：低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力，是通过原语(primitive)来操作的，垂直

协议(protocol) ：对等层实体(peer entity)之间在相互通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平

服务与协议的联系

本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现

本层实体通过协议为上层提供更高级的服务

Internet协议栈

应用层: 网络应用

网络应用程序及它们的应用层协议存留的地方

为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务

FTP, SMTP, HTTP,DNS

传输层: 主机之间的数据传输

在应用程序端点之间传送应用层报文

在网络层提供的端到端通信基础上，细分为进程到进程，将不可靠的通信变成可靠地通信

TCP, UDP

网络层: 为数据报从源到目的选择路由

负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机

主机与主机之间的通信，端到端通信，不可靠

IP, 路由协议

链路层: 相邻网络节点间的数据传输

2个相邻2点的通信，点到点通信，可靠或不可靠

点对点协议PPP, 802.11(wifi), Ethernet

物理层: 在线路上传送bit

ISO/OSI 参考模型

表示层: 允许应用解释传输的数据, e.g., 加密，压缩，机器相关的表示转换

会话层: 数据交换的同步，检查点，恢复

封装和解封装

一个应用层报文传送给运输层，运输层收到报文并附加首部信息，网络层收到报文段也附加首部信息，链路层收到数据报添加链路层首部信息，创建链路层帧。

所以一个分组具有两种类型的字段：首部字段和有效载荷字段

而交换机、路由器则都有2或3层的解封装和再封装的过程，目的地主机完成彻底的解封装

1.8 历史

早期（1960年以前） ： 线路交换

1961~1972 ：早期的分组交换概念

1972~1980 ：专用网络和网络互联

1980~1990 ：网络的激增 20世纪90年代 ：因特网爆炸