计算机网络与因特网

目录

什么是网络

将终端设备连接起来并可以传输数据
有“线”：可能是有形的线也可能是无形的链路

直接相连的网络

• 点对点连接
• 多路访问连接
  某些节点需要决定数据传输给哪个节点，这种行为称为选择路由

分类：
unicast：单播，一对一，一个往另一个发，单个主机地址发送
multicast：多播，一对多，一个往多个发，多个主机地址发送
broadcast：广播，散发

simplex：单工，只能单向传播数据，比如广播、电视
half-duplex：半双工，可以异步双向传播数据，比如对讲机
full-duplex：全双工，可以同步双向传播数据，比如电话

SAN：系统域网，比如鼠标+USB+电脑
LAN：局域网，比如小实验室，或者校园网
MAN：城域网
WAN：广域网

什么是因特网

因特网是一个世界范围的计算机网络，即它是一个互联了遍及全世界的数以亿计的计算设备的网络。
因特网的特点是有无处不在的和定义良好的协议和因特网适用的商品硬件

需要

• 设备终端系统（端系统和主机）：进行收发，通过通信链路以及分组交换机连接在一起。
• 路由器：将数据分为数据块（数据报）并根据路由表进行选路
• 连通并提供通信服务

端系统通过因特网服务提供商ISP接入因特网。

描述方式

• 根据硬件和软件组件来描述
• 根据基础设施向分布式应用程序提供的服务来描述

通信服务类型

• 可靠性服务和不可靠性服务
  可靠服务：收发完全相同，如文件
  不可靠服务：收发不完全相同，如视频
• 面向连接服务和无连接服务
  面向连接服务：需要有连接，如电话（双方都要在线）
  无连接服务：不需要建立连接，如寄信，因特网也属于一种
• 无确认服务和有确认服务
  无确认服务：不需确认对方是否收包，因特网属于一种
  有确认服务：需要确认对方是否收包
• 请求响应服务和消息流服务
  请求响应服务：有请求有交互
  消息流服务：一直发送消息，如电视

因特网是无确认的无线服务，也称为数据报服务

因特网的组成
网络边界network edge：主机(也分为客户，服务器）
接入网络access network：有线或者无线接入
网络核心部分：互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络

网络核心部分

分组交换

1. 存储转发传输
   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
   排队时延就是分组在该输出缓存中等待的时间
   分组丢失就是当输出缓存完全充满时，会将已经到达的分组或者已经排队的分组之一丢弃.
3. 转发表和路由选择协议

引发的问题

• 时延： 四种时延
• 吞吐量： 取决于数据流过的链路的传输速率，某段时间发送的数据量/时间长度
• 丢包：没有地方存储分组，路由器就会丢弃该分组。该分组将会丢失。

分组交换网中的时延（结点时延）

• 节点处理时延：检查首部和决定该分组导向何处所需要的时间
• 排队时延：分组在链路上等待传输的时间
• 传输时延：所有分组的比特推（传输）向链路所需要的时间
  $$d_{tran} = 带宽/包大小=L/R$$
• 传播时延：从该链路的起点到路由器B传播所需要的时间
  $$d_{prop} = 距离/光速 = d/s$$

对比：电路交换与分组交换

类型	电路交换(circuit switching)	包交换（分组交换 packet switching）
带宽、线路分配	固定带宽，固定线路，专用	统计多路复用，按需分配，先请求先发送
资源预留	为每个呼叫预留固定资源（FDM,TDM）	资源共享，存在资源竞争，总请求大于总资源量
性能	非共享，保障性能	出口处可能大量拥塞
适用	需要呼叫时建立连接	适合突发数据，如上网
缺点	一直占用	包延迟，数据拥塞，严重时会丢包
应用	电话系统	因特网

两者最大的区别：
电路交换不需要考虑需求，而预先分配了传输链路的使用，使得已分配而并不需要的链路时间未被利用。

协议

一个协议定义了在两个或者多个通话实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接受或其他事件方面所采取的动作。

因特网的协议栈由5个层次构成(自顶向下）

协议栈	协议	分布	信息分组	描述	简称
应用层	HTTP,SMTP,FTP,DNS…	端系统	报文 message	专门针对某些应用提供服务
运输层	TCP,UDP	应用程序端点	报文段 segment	端到端的传输，负责进程与主机之间的传送	end to end
网络层	IP	主机	数据报 datagram	负责从源通过路由选择到目的地的过程，达到从源主机传输数据到目标主机的目的	host to host
链路层	以太网Ethernet、wifi和电缆接入网的DOCSIS协议，PPP协议	结点	帧 frame	只完成一个节点到另一个节点的传送	hop by hop, node to node
物理层	关于双绞铜线的，关于同轴电缆的，关于光纤的	节点	bit流	原始bit流从一个节点向另一个节点传输	线上的比特

OSI模型7层结构

应用层->表示层->会话层->运输层->网络层->链路层->物理层

数据封装