计算机网络学习笔记1

计算机网络笔记1

一.什么是因特网

1.具体构成的描述 (A Nuts-and-Bolts Description)

• 主机 (host)也可以被称为端系统 (end system)

• 端系统通过通信链路 (communication)和分组交换机 (packet switch)连接到一起

• 链路的传输速率 (transmission rate)用比特/秒来度量

• 在当今的因特网中，最著名的两种分组交换器是路由 (router)和链路层交换机 (link-layer switch)

• 端系统通过ISP (Internet Service Providers)接入因特网

• 传输控制协议 (TCP Transmission Control Protocol)和网际协议 (IP Internet Protocol)是因特网中两个最重要的协议

2.服务描述 (A services Description)

• 分布式应用程序 (distributed applications)涉及多台相互交换数据的端系统

3.什么是协议 (What is Protocol)

• A protocol defines the format and the order of messages exchanged between two or more communicating entities ,as well as the actions taken on the transmission and/or receipt of a message or other event.

二.网路边缘

1.接入网 (Access Networks)

• 主机有时会被进一步划分成两类，客户 (client)和服务器 (server)，我们可以简单的认为，客户端就是接受数据的一方，服务器端就是发送数据的一方
• 接入网是指将端系统连接到其边缘路由器 (edge router)的物理链路，边缘路由器是端系统到任何其它远程系统的路径上的第一台路由器
• 宽带住宅接入有最流行的两种类型，数字用户线 (Digital Subscriber Line DSL)和电缆 (Cable)
• 连接端系统和边缘路由器可以通过以下几种方式：居民端接入，移动端接入和机构端接入
• 带宽 (bandwidth)是指每秒传输多少比特

2.物理媒体 (Physical Media)

• 物理媒体可以划分成两类，引导型媒体 (guided media)和非引导型媒体 (unguided media)，对于引导型媒体来说，电波沿着固体前行，例如双绞线 (twisted pair)，同轴电缆 (coaxial cable)和光纤 (fiber-optic cable)，对于非引导型媒体来说，电波在空气中传播，例如无线局域网 (wireless LAN)和数字卫星频道

三.网路核心

1.分组交换 (Packet Switching)

• 主机将应用层的报文 (message)划分成较小的数据块，称为分组 (packet)
• 存储转发传输：在交换机开始向输出链路传输该分组的第一个比特前，必须接收到整个分组
• 排队时延和分组丢失，每个分组交换机有多条链路与之相连，每个交换机有一个输出缓存，也称为输出队列，如果到达的分组需要传输到某条链路，但是该链路在忙于传输其它分组，则该到达分组必须在输出缓存中等待，如果缓存已经全部满了，就将会出现丢包现象
• 转发表和路由选择协议，转发表用于将目的地址映射为输出链路，转发是指将分组从路由器的输入端移向合适的路由输出端

2.电路交换 (Circuit Switching)

• 通过网络链路和交换机移动数据有两种基本办法，电路交换和分组交换
• 对于电路交换，在分组交换中，资源不是预留的，而在电路交换中，分组是预留的，电路交换中，在该网络链路上预留了恒定的传输速率
• 电路交换网络的复用分为频分复用 (Frequency-Division Multiplexing)和时分复用 (Time--Division Multiplexing)。频分复用是将链路分为多条，是通过将链路分为不同的频率来实现的，所以叫做“频分”，这种方式可以让不同的用户同时使用，没有占用全部的带宽，而时分复用是分为各个时段，每一个时段给一个用户使用，用户在这个时间段内可以享受全部的带宽
• 分组交换与电路交换的对比，分组交换提供了更好的带宽共享，分组交换比电路交换更简单，使用成本更低。

3.分组交换网中的丢包、时延和吞吐量

1.时延的类型(Types of Delay)

• 时延中最重要的几种时延是结点处理时延(nodal processing delay)，排队时延(queuing delay)，传输时延(transmission delay)和传播时延(propagation delay)

• d_nodal=d_proc+d_queue+d_trans+d_prop

• 结点处理时延

  1.检验数据是否出现错误

  2.决定分组的输出链路

• 排队时延

  1.时间长短取决于队列的拥塞程度

• 传输时延

  1.由分组长度(L)以及链路的带宽所决定(R)，带宽单位为bps

  2.d_trans =L/R

• 传播时延

  链路的长度为d，传播的速度为s，s的单位为m/s,则传播时延就为d/s

2.排队时延和丢包(Queuing Delay and Packet Loss)

• 流量强度(traffic intensity)=La/R a为平均分组到达速率
• 流量强度为0是比较好的，接近1就比较拥堵，延迟非常大，如果大于1的话，缓冲区的分组会无限增加，延迟会趋于无限，在设计时，流量的强度不能大于1
• 丢包的数量会随着流量的强度增加而增加，丢失的数据可以基于端到端的原则重传，以确保所有数据最终从源传送到目的地

3.吞吐量(Throughput)

• 吞吐量可以分为瞬时(instantaneous)吞吐量和平均(average)吞吐量
• 在有N条链路的一个网络中，这N条链路的传输速率分别为R1，R2...Rn，那么从服务器到客户端的文件传输的吞吐量是min(R1,R2...Rn)

4.协议层次及其服务模型(Protocol Layers and Their Service Models)

1.协议分层(Protocol Layering)

• OSI参考模型

• 此模型共分为7层

  1.应用层(Application) 主要为各种各样的网络应用提供网络服务

  2.表示层(Presentation) 将信息表示为一定的格式和数据流，可以进行压缩解压缩，加密解密等功能

  3.会话层(Session) 负责通信主机间会话的建立，管理和拆除，协调、通信双方

  4.运输层(Transport) 负责通信主机的端到端连接

  5.网络层(Network) 负责将每一个分组从源机一路送达目的机

  6.数据链路层(Data Link) 主要提供介质访问服务

  7.物理层(Physical) 提供透明的比特流传输

• TCP/IP参考模型

• 共分为4层

  1.应用层(Application)

  2.运输层(Transport)

  3.网络层(Internet)

  4.数据链路层(Network Access)

2.封装 (Encapsulation)

• 封装：将信息打包，从最高层--应用层开始逐渐下行到最底层--物理层

• 在每一层上，数据都会被加上头部信息，用于传递信息

• 数据段传到下一层-网络层，添加分组头部形成分组，分组头部包含寻址主机的IP地址和一些其它传输需要用到的信息

• 分组传到数据链路层，添加帧头形成帧，帧头中包含寻址主机所需的物理地址，校验等信息

• 数据在各层的形式叫做协议数据单元(PDU: Protocol Data Unit)

  信息(Information，应用层)

  数据流(Data stream，上三层)

  数据段(Segment，传输层)

  分组(Packet，网络层)

  帧(Frame，数据链路层)

  比特流(Bits，物理层)

• 如果是五层结构的话，则为：

  信息(Information，应用层)

  数据段(Segment，传输层)

  分组(Datagram，网络层)

  帧(Frame，数据链路层)

• 解封装：将收到的比特流解包，从最低层--物理层开始，逐渐上行到最高层--应用层，提取出信息

• 任何一次通信，总是以发方的封装开始，接收方的解封装结束