前言

计算机网络和因特网

1.1 计算机网络概念

计算机网络：自主计算机的互联集合

约定术语

1. 主机/端系统(Host/End System)：网络上实现网络应用功能的计算机系统，是网络上通信的源和目的
2. 节点(Node)：实现通信功能的计算机(网络设备)，为网络上主机间的通信实现寻路、数据转发等功能
3. 信道/链路(Channel/Link)：数据传输经过的通信线路
4. 站点(Station)：网络上的主机和节点的统称
5. 串行：单条信道，逐位传输
6. 并行：多条信道，多位同时传输
7. 单工：只允许一个方向的传输
8. 半双工：某时刻只允许一个方向的传输
9. 全双工：任意时刻允许两个方向的传输

1.1.1计算机网络具体构成描述

• 主机通过通信链路和分组交换机连接到一起
• 不同的链路能够以不同的速率传输数据，其传输速率以bps来度量
• 发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节，称为分组
• 一个分组所经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径
• 端系统通过网络服务提供商ISP接入因特网
• 因特网部件要运行一系列的协议，这些协议控制因特网中信息的接收和发送

1.1.2服务描述

• 互联网应用程序涉及多个相互交换数据的端系统，被称为分布式应用程序
• 因特网套接字接口是一套发送程序必须遵循的规则集合规定了运行在一个端系统上的程序请求互联网基础设施向另一个端系统上的特定目的地程序交付数据的方式

1.1.3协议

• 协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文发送和/或接收一条报文或其他事件所采取的动作

1.2 网络边缘

• 主机被划分为两类：客户端和服务器

1.2.1接入网

• 接入网：将端系统物理连接到其边缘路由器的网络
• 边缘路由器：端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器
  
  家庭接入：DSL、电缆、光纤到户(FTTH)、拨号和卫星
  企业(和家庭)接入：以太网、WIFI
  广域无线接入：广域无线网络和长期演进(LTE)

1.2.2物理媒体

• 物理媒体可以分为：引导型媒体和非引导型媒体
• 常见的物理媒体有：双绞线、同轴电缆、光纤、陆地无线电信道、卫星无线电信道
  
  

1.3 网络核心

• 由互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网
• 通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换和分组交换

1.3.1分组交换

1. 存储转发传输：在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组
2. 排队时延和分组丢失
3. 转发表和路由选择协议：每台路由器具有一个转发表，用于将目的地址(或目的地址的一部分)映射成为输出链路

1.3.2电路交换

1. 在端系统通话期间，预留了端系统间沿路径通信所需要的资源(缓存，链路传输速率)
2. 电路交换中的复用：频分复用(FDM)或时分复用(TDM)
3. 对于FDM，每条电路连续地得到部分带宽
4. 对于TDM，每条电路在短时间间隔(即时隙)中周期性地得到所有带宽
   
   

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

• 节点总时延由节点处理时延、排队时延、传输时延和传播时延等组成
• 处理时延：检查分组及其相关内容所需要的时间
• 排队时延：在队列中的分组在链路上等待传输的时间
• 传输时延：将所有分组的比特推向链路所需要的时间
• 传播时延：从该链路的起点到终点传播所需要的时间

1.4.2排队时延和丢包

• 流量强度：比特到达队列的平均速率。随着流量强度接近1，平均排队长度时延迅速增加。

• 丢包：由于没有地方存储不断到。达的分组，路由器将丢弃它，即该分组会丢失

1.4.3计算机网络中的吞吐量

• 在任何时间瞬间的瞬时吞吐量是端系统接收到该文件的速率
• 如果该文件由F比特组成，端系统接收到所有F比特用去T秒，则文件传送的平均吞吐量是F/T bps
• 吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率，当没有其他干扰流量时，其吞吐量能够近似为沿着源和目的地之间路径的最小传输速率

1.5 协议层次及其服务模型

1.5.1分层的体系结构

• 以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。每层通过在该层中执行某些动作或使用直接下层的服务来提供服务。协议分层具有概念化和结构化的特点。
• 各层的所有协议被称为协议栈
• 因特网的协议栈由：物理层、链路层、网络层、运输层和应用层组成
  
  

1.5.2封装

在发送主机端，一个应用层报文 M被传送给运输层。在最简单的情况下，运输层收取到报文并附上附加信息H_t，该首部将被接收端的运输层使用。应用层报文和运输层首部信息一道构成了运输层报文段。运输层报文段因此封装了应用层报文。

运输层则向网络层传递该报文段，网络层增加了如源和目的端系统地址等网络层首部信息H_n，生成了网络数据报。

该数据报接下来被传递给链路层，链路层增加它自己的链路层首部信息H_l并生成链路层帧。

一个分组具有两种类型的字段：首部字段和有效荷载字段

跳转

我们将以以下顺序进行总结:

• 概述
• 应用层
• 运输层
• 网络层:数据平面
• 网络层:控制平面
• 链路层和局域网

最后

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