T2D_Chapter1_ComputerNetwork and Internet
文章目录
计算机网络和因特网
1.1什么是因特网
从两个角度描述
- 因特网的构成:硬件和软件组成
- 分布式应用提供的服务描述
1.1.1构成描述
- 主机host/端系统:PC机/智能手机等等网路连接的主要设备
- 通信链路communication link(同轴电缆 光纤 铜线) +分组交换机packet switch(路由器+链路层交换机) = 链路route/path :链接端系统
- 因特网服务提供商ISP:为端系统提供接入因特网的服务
- 协议protocol:控制因特网中信息的接收和发送
- 因特网标准 RFC(Request For Comment)技术文档
1.1.2 服务描述
分布式应用程序(电子邮件,社交网络,web,P2P):涉及多台相互交换数据的端系统
应用程序编程接口API:与因特网相连的端系统提供给应用程序,规定了运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上特定的软件交付数据的格式.
1.1.3什么是协议
一个协议定义了在两个/多个通信实体 之间交换的报文格式和次序,以及报文发送和/或接收一条报文或其他时间所采取的动作.
1.2 网络边缘
端系统/主机:运行应用程序,分为两类
- 客户
- 服务器
1.2.1 接入网
接入网access network: 将端系统连接到其边缘路由器的物理链路
边缘路由器:端系统到任何其他原创端系统路径的第一台了路由器
1.2.2 物理媒介
双绞铜线 速率10m-10g 同轴电缆 光纤
1.3 网络核心
通过网络链路和交换机传输数据的两种方式:电路交换+分组交换
1.3.1 分组交换
报文message:包含指令/控制功能 或者 数据
报文被划分为更小的数据分组packet:通过通信链路与分组交换机传送
传送速度:以该通信链路的最大传输速度.
端系统经过一条链路发送一个L bit的分组,链路的传输速率为R bit/s 传输分组的时间L/R
- 存储转发传输
分组交换机在链路的输入端使用的机制.
在交换机开始向输出链路传输该分组的第一个bit之前,必须接受到整个分组
因此N条速率为R的链路组成的路径 端到端时延 N *(L/R)
- 排队时延和分组丢失
分组交换机与多条链路相连,对于每条输出链路都有一个输出缓存/输出队列,用于存储路由器发往该链路的分组,因为该链路可能正在传输其他分组无法立刻传输.
因此与存储转发时延对应的是排队输出时延
如果缓存满了则丢包
- 转发表和路由选择协议
路由器怎么决定向哪条链路进行转发?
- 首先要有地址(IP),IP地址存在于分组的首部,包含了目的IP地址
- 其次每台路由器都有一个转发表forwarding table:将目的地址/目的地址的中间地址映射为输出链路. 当分组到达路由器时,路由器检查目的IP地址,搜索转发表,发现输出链路并将分组导向该分组
转发表如何设置?
路由选择协议routing protocol 自动设置转发表来确定该台路由器到目的地址的最短路径,并用路径来配置转发表
1.3.2电路交换
在电路交换网络中,一个人向另一个发送信息,在能够发送信息之前,网络必须在发送方与接收方之间建立一条连接(电路circuit),同时该连接路径上的交换机都为该链接维护连接状态并预留了恒定传输速率和带宽
- 频分复用FDM:连接时,为每条连接设置专用频段,连续性获取部分带宽
- 时分复用TDM:时间被划分为固定区间的帧frame 周期性获得所有带宽
1.3.3分组交换与电路交换的对比
分组:按需分配
- 不适合实时服务 因为端到端二点时延由具体路径决定,不可预测
- 带宽共享性更好,因为所有分组使用相同带宽
- 成本低
电路:预先分配,可能浪费
1.3.4网络的网络,层次ISP
第一层ISP
区域ISP
接入ISP
1.4 分组交换中的时延、丢包、吞吐量
1.4.1 分组交换中的时延:
在每个结点经受的时延,结点总时延
分类:
- 节点处理时延nodal processing delay
- 排队时延queuing delay
- 传输时延 transmissing delay
- 传播时延 propagation delay
从结点的输入端到输出端分析
输入端:处理时延:检查分组首部+决定分组导向
排队时延:在缓存中等待传输的时延
传输时延:L/R将所有分组bit推向链路所需要的时间 ??
传播时延:d/s一旦一个bit推向链路,立即通过物理媒介传播,
传播与传输对比:一碗水导入管道,倒入速度由量和管口决定,下落速度由重力加速度决定
传输:路由器将分组推出的时间,由分组长度和链路速率决定
传播:bit在链路上传播的时间
1.4.3端到端时延
其实就是N的结点加起来
1.4.4 吞吐量
计算单位:bps
端到端的吞吐量由瓶颈链路决定
1.5协议层次和服务模型
-
协议分层layer的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件
-
服务模型service model 关注某层向上提供的服务
-
协议栈protocol stack
- 应用层-报文message
- 运输层-报文段segment
- 网络层-数据包datagram
- 链路层-帧frame
- 物理层-bit
Exercise
- 1.3-R11假定在发送主机和接受主机之间只有一台分组交换机.发送主机,接受主机与交换机之间传输速率为R１ R２.假设交换机使用存储转发分组交换方式，发送长度为L的分组，端到端的总时延是什么？（忽略排队，传播，处理时延）
L/R1+L/R2
- 1.3-R12.与分组交换网络相比，电路交换网络有哪些优点？在电路交换网络中，TDM比FDM有哪些优点？
电路交换网络能够维持端到端稳定连接，响应时间快，带宽确定且低但分组交换不能维持端到端的带宽
- 1.4-R16.考虑从某源主机跨越一条固定路由向某目的主机发送一分组。列出端到端时延中的时延组成成分。这些时延中的哪些是固定的，哪些是变化的？
排队时延因为它由具体排队时交换机处理分组的数量决定
- R18.一个长度为1000字节的分组经距离为2500km的链路传播，传播速率为2.5×10°m/s并且传输速率为2Mbps，它需要用多长时间？更为一般地，一个长度为L的分组经距离为d的链路传播，传播速率为s并且传输速率为Rbps，它需要用多长时间？该时延与传输速率相关吗？
-
R19.假定主机A要向主机B发送一个大文件。从主机A到主机B的路径上有3段链路，其速率分别为R1=500kbps, R2=2Mbps, R3= 1Mbps
a.假定该网络中没有其他流量，该文件传送的吞吐量是多少？
由R1瓶颈链路决定 500Kbps
b.假定该文件为4MB。传输该文件到主机B大致需要多长时间？
存储转发发送方式400MB=4001000 * 1000 * 8 bits /500100000 = 64s
-
R23.因特网协议栈中的5个层次有哪些？在这些层次中，每层的主要任务是什么？
应用层:网络应用程序以及应用层协议留存的地方,一个端系统的应用程序使用协议与另一个端系统应用程序交换报文
传输层:在应用程序端点之间传输应用层报文段
网络层:将数据报从一台主机移动到另一台主机
链路层:将分组从一个结点移动到路径的下一个结点,网络层依靠链路层的服务
物理层:将帧从一个网络元素移动到邻近的网络元素
- R24.什么是应用层报文？什么是运输层报文段？什么是网络层数据报？什么是链路层帧？
应用层报文:应用程序发送并传递给传输层
运输层报文段:由传输层使用传输层头部封装应用层报文
网络层数据报:使用网络层头部封装传输层报文段
链路层数据帧:使用链路层头部封装网络层数据报
- R25.路由器处理因特网协议栈中的哪些层次？链路层交换机处理的是哪些层次？主机处理的是哪些层次？
路由器:网络层 链路层 物理层,因为应用层需要应用程序 运输层需要tcp等协议
链路层交换机处理链路层和物理层
主机处理五层
P6.这个习题开始探讨传播时延和传输时延，这是数据网络中的两个重要概念。考虑两台主机A和B由一条速率为R bps的链路相连。假定这两台主机相隔m米，沿该链路的传播速率为s m/s。主机A向主机B发送长度L比特的分组。
a.用m和s来表示传播时延dprop
dprop= m/s
b.用L和R来确定该分组的传输时间dtrans
dtans=L/R
c.忽略处理和排队时延，得出端到端时延的表达式。
d = L/R+m/s
d.假定主机A在时刻t=0开始传输该分组。在时刻t=dtrans，该分组的最后一个比特在什么地方？
主机A
e.假定dprop大于dtrans。在时刻t=dtrans，该分组的第一个比特在何处？
dtrans*s链路上
f.假定dprop小于dtrans。在时刻t=dtrans，该分组的第一个比特在何处？
主机B
g.假定s=2.5×10°，L=120比特，R=56kbps。求出使drpop等于dtrans的距离m。
L/R= m/s m=536km
