20210911#_《计算机网络-自顶向下》

第1章 计算机网络

1.1 什么是因特网

1.1.1 具体构成描述

  • 计算机网络（computer network）
  • 主机（host）或端系统（end system）
  • 通信链路（communication link）和分组交换机（packet switch）
  • 传输速率（transmission rate）
  • 分组（packet）
  • 路由器（router）
  • 链路层交换机（link-layer switch）
  • 路径（mute或path）
  • 因特网服务提供商（Internet Service Provider, ISP）
  • 协议（protocol）
  • TCP （Transmission Control Protocol,传输控制协议）和IP （Internet Protocol,网际协议）
  • 因特网标准(Internet standard)由因特网工程任务组(Internet Engineering Task Force, IETF )
  • 请求评论(Request For Comment, RFC）
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1.1.2 服务描述

  • 分布式应用程序(distributed applicalion)
  • 套接字接口( socket interface),

1.1.3 什么是协议

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1.2 网络边缘

  • 客户（client）和服务器（server）
  • 数据中心（data center）

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1.2.1 接入网

  • 接入网
    • 边缘路由器（edge router）

1.家庭接入：DSL、电缆、FTTH、拨号和卫星

  • 数字用户线（Digital Subscriber Line,DSL）

  • 复用器（DSLAM）

  • 电缆因特网接入（cable Internet access）

  • 所以它经常被称为混合光纤同轴（Hybrid Fiber Coax, HFC）系统。

  • 电缆因特网接入需要特殊的调制解调器，这种调制解调器称为电缆调制解调器（cablemodem）

  • 电缆调制解调器端接系统（Cable Modem Termination System, CMTS）

  • 光纤到户(Fiber To The Home, FTTH)

  • 进行这种分配有两种有竞争性的光纤分布体系结构:

    • 主动光纤网络（Active Optical Network,AON）
    • 被动光纤网络(Passive Optical Network, P0N)

  • 光纤网络端接器(Optical Network Terminator, ONT）

  • 分配器(splitter)

  • 光纤线路端接器(Optical Line Tenninator, OLT)

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2.企业（和家庭）接入：以太网和WiFi

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3.广域无线接入：3G和LTE

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  • LTE (长期演进“Long-Term Evolution”的缩写，被评为最差首字母缩写词年度奖候选者）

1.2.2 物理媒体

  • HFC使用了光缆和同轴电缆相结合的技术。
  • DSL和以太网使用了双绞铜线。
  • 移动接入网 使用了无线电频谱。
  • 物理媒体(physical medium)
  • 物理媒体分成两种类型：导引型媒体(guided media)和非导引型媒体(unguided media)

1.双绞铜线

  • 无屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair, UTP)常用 在建筑物内的计算机网络中，即用于局域网(LAN)中。

2.同轴电缆

  • 同轴电缆能被用作导引型共享媒体(shared medium)

3.光纤

  • 光载波(Optical Carrier, OC）

4.陆地无线电信道

5.卫星无线电信道

  • 通信中常使用两类卫星：同步卫星（geostationary satellite）和近地轨道（Low・ Earth Orbiting, LEO）

1.3 网络核心

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1.3.1 分组交换

  • 端系统彼此交换报文（message）
  • 分组（packet）
  • 在源和目的地之间，每个分组都通过通信链路和分组交换机（packet switch ） 传送。（交换机主要有两类：路由器（router）和链路层交换机（link-layer* switch）。）

1.存储转发传输

  • 多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输（store-and-forward transmission） 机制。

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2.排队时延和分组丢失

  • 对于每条相连的链路，该分组交换机具有一个输出缓存（output buffer,也称为输出队列（output queue））,它用于存储路由器准备发往 那条链路的分组。

  • 分组还要承受输岀缓存的排队时延（queuing delay）

  • 因为缓存空间的大小是有限的，一个到 达的分组可能发现该缓存已被其他等待传输的分组完全充满了。在此情况下，将出现分组丢失（丢包）（packet loss）,到达的分组或已经排队的分组之一将被丢弃。

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3.转发表和路由选择协议

  • 每台路由器具有一个转发表(forwarding table),
  • 路由选择协议（routing protocol）,

1.3.2 电路交换

  • 通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换（circuit switching）和分 组交换（packet switching）
  • 传统的电话网络是电路交换网络的例子。
  • 用电话的术语来说，该连接被称为一条电路（circuit）

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  • 端到端连接（end・ to-end connection）

1.电路交换网络中的复用

  • 链路中的电路是通过频分复用(Frequency- Division Multiplexing, FDM )或时分复用（Time-Division Multiplexing, TDM）来实现的
  • 。毫无疑问，该频段的宽度称为带宽（bandwidth）

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  • 在静默期（silent period）

2.分组交换与电路交换的对比

1.3.3网络的网络

  • 存在点(Point of Presence, PoP)、多宿、对等和因特网交换点。
  • 多宿(multi-home)
  • 对等(peer）
  • 因特网交换点(Internet Exchange Point, IXP)

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  • 内容提供商网络(content provider network )

1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

1.4.1分组交换网中的时延概述

  • 这些时延最 为重要的是节点处理时延(nodal processing delay)
  • 排队时延(queuing delay)、
  • 传输时延 (transmission delay)和
  • 传播时延(propagation delay),
  • 这些时延总体累加起来是节点总时 延(tolal nodal delay)。

时延的类型

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  • (1)处理时延
  • (2)排队时延
  • (3)传输时延
  • （4）传播时延
  • （5）传输时延和传播时延的比较

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1.4.2排队时延和丢包

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  • 丢包
    • 路由器将丢弃(drop)该分组，即该分组将 会丢失(lost) o当

1.4.3端到端时延

1.Traceroute

2.端系统、应用程序和其他时延

1.4.4计算机网络中的吞吐量

  • 的瞬时吞吐量（instantaneous throughput）
  • 的平均吞吐量（average throughput.

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  • 它是瓶颈链路（bottleneck link）的传输速率
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1.5协议层次及其服务模型

1.5.1分层的体系结构

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1.协议分层

  • 分层（layer）
  • 我们再次关注某层向它的上一层提供的服务（service）,即所谓一层的服 务模型（service model）
  • 为协议栈（protocol stack） o
  • 因特网的协议栈由5个层次组成：物理层、链路层、网络层、运输层和应用层

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  • 自顶向下方法（top-down approach）,

  • （1）应用层

    • HTTP
    • SMTP
    • FTP
    • DNS
    • MESSAGE报文

  • （2）运输层

    • TCP
    • UDP
    • segment：报文段

  • （3）网络层

    • 数据报（datagram）
    • 网际协议：IP

  • （4）链路层

    • 帧（frame）
    • 链路层的例子包括以太网、WiFi和电缆接入网的DOCSIS协议。

  • （5）物理层

    • 与实际传输媒体相关。

2. OSI模型

1.5.2封装

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  • 应用层报文（application-layer message）

  • 运输层报文段（transport-layer segment）

  • 网络层数据报（network-layer datagram）

  • 链路层帧（link-layer frame）

  • 有效负荷字段（payload field）

1.6面对攻击的网络

1.坏家伙能够经因特网将有害程序放入你的计算机中

  • 恶意软件 （malware）,

  • 僵尸网络（botnet）

  • 病毒（virus）是一种需要某种形式的用户交互来感染用户设备的恶意 软件。

  • 蠕虫（worm）是一种无须任何明显用户交互就能进入设备的恶意软件。

2.坏家伙能够攻击服务器和网络基础设施

  • 另一种宽泛类型的安全性威胁称为拒绝服务攻击（Denial-of・Service （ DoS） attack）
    • 弱点攻击
    • 带宽洪泛
    • 连接洪泛
  • 分布式DoS(Distributed DoS, DDoS)

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3.坏家伙能够嗅探分组

  • 分组嗅探器 （packet sniffer）

4.坏家伙能够伪装成你信任的人

  • IP哄骗 （IP spoofing）

1.7计算机网络和因特网的历史

1.7. 1分组交换的发展:1961〜1972

1.7.2 专用网络和网络互联：1972 "980

1.7.3网络的激增:1980 -1990

1・7.4因特网爆炸：20世纪90年代

1.7.5最新发展

1.8小结

本书的路线图

第2章 应用层

  • IP电话 （VoIP）

2.1 应用层协议原理

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2.1.1 网络应用程序体系结构

  • 应用程序体系结构 （application architecture）

    • 客户-服务器体系结构(client-server architecture)
    • 对等体系结构（P2P）

  • 客户-服务器体系结构包括：

    • Web
    • FTP
    • Telnet
    • 电子邮件

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  • 数据中心（data center ）

  • 自扩展性（self-scalability）

2.1.2 进程通信

  • 进程 （process）
  • 报文 （message）

1.客户和服务器进程

  • 在一对进程之间的通信会话场景中，发起通信（即在该会话开始时发起与其他进程的联系）的进程被标识为客户，在会话开始时等待联系的进程是服务器。

2.进程与计算机网络之间的接口

  • 套接字 （socket）

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  • 应用程序编程接口 （application programming interface）

3.进程寻址

  • 端口号 （port number)

2.1.3可供应用程序使用的运输服务

  • 可靠数据传输（reliable data transfer）
  • 容忍丢失的应用（loss-tolerant application)
  • 带宽敏感的应用（bandwidth-sensitive application)
  • 弹性应用（elastic application）

2.1.4因特网提供的运输服务

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  • 安全套接字层（Secure Socket Layer, SSL)

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2.1.5应用层协议

  • 应用层协议（application-layer protocol）
  • SMTP(简单邮件传输协议)

2.1.6本书涉及的网络应用

在本章中我们详细讨论5种重要的应用：Web、文件传输、电子邮件、目录服务、流式视频和P2P。

2. 2 Web 和 HTTP

2. 2. 1 HTTP 概况

  • 超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol， HTTP）
  • Web页面（web page）
  • 对象（object）
  • HTML基本文件（base HTML file)
  • 每个URL地址由两部分组成：存放对象的服务器主机名 和 对象的路径名
  • Web 浏览器 （Web browser)
  • Web 服务器 （Web server)

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  • 无状态协议（stateless protocol）

2.2.2 非持续连接和持续连接

  • 非持续连接（non-persistent connection)
  • 持续连接（persistent connection）

1.采用非持续连接的http

  • 往返时间（Round-Trip Time RTT)

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2.采用持续连接的HTTP

2. 2.3 HTTP报文格式

1.HTTP请求报文

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  • 请求行（request line）

  • 首部行（header line）

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2. HTTP响应报文

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  • 初始状态行： status line
  • 首部行： header line
  • 实体体： entity body

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2. 2.4用户与服务器的交互：cookie

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2. 2. 5 Web 缓存

  • Web缓存器（Web cache）， 也叫代理服务器（proxy server）

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  • 内容分发网络（Content Distribution Network， CDN）

2. 2.6 条件GET方法

  • 条件GET: conditional GET

2.3因特网中的电子邮件

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  • 用户代理 ： user agent
  • 邮件服务器 ： mail server
  • 简单邮件传输协议: Simple Mail Transfer Protocol

2.3. 1 SMTP

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2. 3.2 与HTTP的对比

2. 3. 3邮件报文格式

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2. 3.4邮件访问协议

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  • 流行的邮箱访问协议：
    • 第三版的邮局协议：Post Office Protocol-Version 3， POP3
    • 因特网邮件访问协议 ： Internet Mail Access Protocol， IMAP
    • HTTP

2.4 DNS：因特网的目录服务

  • hostname : 主机名
  • ip地址： IP address

2.4.1 DNS提供的服务

  • 域名系统： Domain Name System， DNS

2.4.2 DNS工作机理概述

  • 单点故障： a single point of failure
  • 通信容量： traffic volume
  • 远距离的集中式数据库： distant centralized database
  • 维护： maintenance

1.分布式、层次数据库

  • 根DNS服务器
  • 顶级域DNS服务器： Top-Level Domain， TLD
  • 权威DNS服务器

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  • 本地DNS服务器： local DNS server

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2.DNS缓存

  • DNS缓存： DNS caching

2.4.3 DNS记录和报文

  • 资源记录： Resource Record， RR

1.DNS报文

  • nslookup程序 （nslookup program）

2.在DNS数据库中插入记录

2.5 P2P文件分发

  • 客户-服务器体系结构

    • Web、电子邮件、DNS

  • 主机（对等放）

  • P2P文件分发协议： BitTorrent

  • P2P的自扩展性

1.P2P体系结构的扩展性

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  • 服务器上载速率
  • 对等方上载速率
  • 对等方下载速率
  • 被分发的文件长度：F
  • 要获得该文件副本的对等方的数量： N
  • 分发时间： distribution time
    • 所有N个对等方得到文件副本所需时间
  • 分发时间：

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2.BitTorrent

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  • 最稀缺优先 ： rarest first

2.6视频流和内容分发网

2.6.1 因特网视频

2. 6. 2 HTTP 流和 DASH

  • Dynamic Adaptive Streaming over HTTP, DASH : 经HTTP的动态适应性流

2.6.3 内容分发网

  • Content Distribution Network， CDN : 内容分发网

1.CDN操作

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2.集群选择策略

2.6.4 学习案例：Netflix、YouTube 和“看看”

1.Netflix

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2.YouTube

3.看看

2.7 套接字编程：生成网络应用

2.7.1 UDP套接字编程

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2.7.2 TCP套接字编程

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第3章 运输层

3.1 概述和运输层服务

  • 逻辑通信 ： logic communication

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  • 报文段： segment

3.1.1 运输层和网络层的关系

3.1.2 因特网运输层概述

3.2 多路复用和多路分解

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  • 多路分解： demultiplexing
  • 多路复用： multiplexing

1.无连接的多路复用和多路分解

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2.面向连接的多路复用和多路分解

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3.Web服务器与TCP

3.3 无连接运输：UDP

posted @ 2021-09-11 18:58  傀儡岁月  阅读(171)  评论(0)  编辑  收藏  举报