计算机网络
采用《计算机网络 自顶向下方法》
第一章、计算机网络概述
1、什么是Internet？
网络
节点+边
计算机网络
主机节点：手机电脑，web服务器
数据交换节点：中继器，路由器，交换机（数据的中转节点）高层负载均衡设备。
边：接入链路（把主机和数据接入节点连接），骨干链路（把数据交换节点连在一起）
协议：五层协议，有很多种。
互联网
TCP/IP协议为主的一簇协议支撑起的工作的网络叫互联网（世界范围内的）。
数以亿计的互联的计算设备：主机=端系统(host)，运行网络应用程序
通信链路：光纤、同轴电缆、卫星、双绞铜线。
分组交换设备：路由器、 交换机
网络的网络
大网中包括更小的网，小网可能互联
RFC request for comment
IETF Internet Engineering Task Force
为分布式应用提供服务的基础设施
2、什么是网络协议
协议定义了两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他方面所采取的动作
PDU：协议数据单元
3、网络边缘
通信模式
- 客户/服务器模式。（p/s）
-
- 服务器有可能宕机，可靠性很差。
- Web浏览器/服务器（c/s）
- 对等模式（peer-peer）模式
-
采用网络设施的面向连接的服务
目标：在端系统之间传输数据
- 握手：在数据传输之前做好准备
- Tcp-传输控制协议（Transmission Control Protocal）
-
- 可靠地、按顺序地传输数据
- 流量控制（发送放不会淹没接收方）
- 拥塞控制（当网络拥塞时，发送 方降低发送速率）
4、接入网、物理媒体
作用：把网络边缘接入到核心
有线或者无线。
住宅接入：modern （淘汰）
将上网数据调制加载音频信号上，在电话先上传输，再将数据解调出来。
不能同时打电话上网，速度慢
DSL：仍然采用调制解调的方式。
上行带宽1mbps，下行带宽10mbps
线缆网络：有线电视公司
有线电视信号线缆双向改造：FDM
再不同的频段传输不同的信道的数据，数字电视和上网数据（上下行）。
共享带宽。
无线接入
无线lan 和 广域无线接入（4G 5G）
物理媒体
Bit：在传输——接收对间传播
物理链路：在每个传输——接收对，跨越一种物理媒体
导引型媒体：信号沿着固定媒介被导引：同轴电缆、光纤、双绞铜线
非导引型媒体：信号自由传播、如无线电
5、网络核心：分组交换、线路交换
作用：数据交换
电路交换（circle）
为每个呼叫预留一条专有电路：如电话网
独享资源：
好处
问题
通常传统电话网络采用
网络资源被分成片
为呼叫分配片，如果某个呼叫没有数据，其资源篇处于空闲状态（不共享）
分配方式：
- 频分（Frequency-divicion muliplexing）FDM
- 时分（Time-division muliplexing）TDM 划分时间片的方式
- 波分（Wave-division multiplexing）光纤光通讯 可用波段分成小波段
不适合计算机之间的通信
- 建立通信时间长
- 计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片比较多
- 可靠性不高？（后面章节介绍）
分组交换（package）
- 将要传送的数据分成一个个单位：分组
- 将分组从一个罗尤其传到相邻路由器（hop），一段段最终从源端传到目标端
- 每段：采用链路的最大传输能力（带宽）
排队延迟和丢失
如果到达速率>链路的传输速率：
- 分组将会排队，等待传输。
- 如果路由器的缓存用完了，分组将会抛弃。
统计多路复用
分组交换比电路交换支持的用户数量更多一些。
数据报工作原理
在通信之前，无须建立起一个连接，有数据或传输
每一个分组都独立路由（路径不一样，可能会失序）
路由器根据分组的目标地址进行路由
虚电路工作原理
信令（控制信息的传递）有连接的，体现在中间经过的所有节点之上。
6、Internet/ISP结构
互联网的结构：网络的网络
- 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
- 导致”网络的网络“非常复杂
-
选项：将每个接入ISP都连接到全局ISP
竞争：但如果全局isp有利可图的业务，那会有竞争
合作：通过ISP之间的合作可以完成业务的扩展，肯定会有互联，对等互联的结算关系。
ixp（Internet exchange port)互联网交换点：可以跨层。
（ICP）互联网内容提供商，由于isp收费太高，没办法给全球提供高质量服务，自己铺设线缆。
中心：第一层ISP（如UUNet, BBN/Genuity）国家/国际覆盖，速率极高
- 直接与其他第一层ISP相连
- 与大量的第二层ISP和其他客户网络相连
第二层ISP:更小的ISP
- 与一个或多个第一层ISPs，也可能与其他第二层ISP相连
底三层ISP与其他本地ISP
POP：高层ISP面向客户网络的接入点，设计费用结算
- 如一个低层ISP接入多个高层ISP, 多宿（multi home)
对等接入：2个ISP对等互接，不涉及费用结算
IXP:多个对等ISP互联互通之处，通常不涉及费用结算
ICP:自己部署专用网络，同时和各级ISP连接
7、性能：丢包、时延、吞吐量、分组延时
分组丢失和延时是怎么发生的？
在路由器缓冲区的分组队列
- 分组到达链路的速率超过了链路输出的能力
- 分组等待排到对头、被传输
节点处理延时、排队延时、传输延时、传播延时。
流量强度越接近1，排队延时无限大。
ICMP协议 RRT(round trip time)
TraceRt 工作原理 方出一系列ttl，收集超时信息。得到往返延时。
head ---------- ttl --------- body
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
在源端和目标之间传输的速率（数据量/单位时间）
瞬间吞吐量
平均吞吐量
瓶颈链路
8、协议层次、服务模型
计算机网络是一个异常复杂的系统。用分层的思想把复杂的系统分解成不同层次。每一层实现一个或者一组功能。
分层处理和实现复杂系统的好处？
- 概念化：结构清晰，便于标示网络组件，以及描述其相互关系
- 结构化：模块化更便于维护和系统升级（可以方便新技术的使用）
- 把大问题分解成小问题，方便解决
分层思想有什么有害的地方？
将网络复杂的功能分成功能明确的层次，每一层实现一个或一组功能，功能中有其上层可以使用的功能：服务
本层协议实体互相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他们之间的通信的能力
原语(primitive)：上层使用下层服务的形式，高层使用低层提供的服务，以及底层向高层提供服务都是通过服务访问原语来进行交互的----形式
服务访问点SAP(Service Access Point)：上层使用下层提供服务通过层间的接口—地点
- 例子邮箱
- 地址（address）:下层的一个实体支撑着上层的多个实体，SAP有标志不同上层实体的作用。
服务
面向连接的服务：两个应用进程在通信之前要握手。典型的tcp
无连接的服务：两个对等层实体在通信前不需要建立连接，不预留资源。典型的udp
数据单元（DU）（data unit）
上层来的SDU(serveice data unit) 加上本层的header = PDU (Protocol Data unit)（协议数据单元）
如果SDU非常大，分解成小块； sdu一部分 + 本层header = pdu
如果SDU非常小， 和很多SDU 合在一起 + 本层 header = pdu
header有一部分是ICI ( Interface Control information) 有一部分是本层自带的。
Internet 协议栈
应用层PDU 应用报文
为人类用户或者其他应用进曾提供网络应用服务
ftp, smtp, http, dns有成千上万种
传输层PDU 报文段
还要细分为进程到进程。借助于Socket 借助于端口
在主机到主机的基础上完成进程的区分。把网络层所提供的不可靠的通讯服务转化成可靠的服务。
tcp udp
网络层PDU 分组 end to end
在链路层的基础之上，传输以分组为单位的端到端的数据传输
ip ,路由协议
链路层PDU 帧 point to point
在相邻的两点之间，传输以帧为单位的数据（在物理层提供的服务的基础之上）
点对点协议PPP, 802.11(wifi) , Ethernet
物理层 位 bit
将帧中的bit转化成物理信号承载在媒体之上，从一点传到另外一点，对方的网卡物理层，将承载在媒体上的物理信号再转化成Bit.
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