计算机网络知识点总结

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#计算机网络 #网络

于 2023-06-07 23:23:21 首次发布

整理了学习计算机网络的知识点笔记

知识内容来自《中科大计算机网络自顶向下》《湖科大计算机微课堂》

第1章：概论

Internet：

节点

主机及其上运行的应用程序（主机节点）——数据的目标
路由器、交换机等网络交换设备 （数据交换节点）

边：通信链路

接入网链路：主机连接到互联网的链路 (主机接到交换节点）
主干链路：路由器间的链路（数据节点接数据节点）

协议

一些标准

具体构成：

数以亿计的、互联的计算设备:

主机 = 端系统
运行的网络应用程序：APP 服务器操作系统…

通信链路：

光纤、同轴电缆、无线电、卫星
传输速率 = 带宽（bps）

分组交换设备：

转发分组 (packets)
路由器（网络层）和交换机（switch）

协议控制发送、接收消息：

TCP IP HTTP FTP PPP

Internet是“网络的网络” 网络与网络组合在一起

松散的层次结构，互连的ISP
公共Internet vs. 专用intranet

Internet标准（开放）（参与度高）

RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering Task Force

协议 PDU

协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式（语法语义）和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作

什么是Internet：从服务角度

使用通信设施进行通信的分布式应用 （网络存在的理由）
通信基础设施为apps提供编程接口（通信服务）（主机应用层以下）

网络结构

网络边缘：

主机
应用程序（客户端和服务端）

网络核心：（数据交换的作用）

互联着的路由器和交换机
网络的网络

接入网，物理媒体：

有线无线的通信链路（网络边缘系统接入到网络核心）

网络边缘：

 端系统（主机）：

 运行应用程序

 如Web、email

 在 “网络的边缘”  客户/服务器模式

 客户端向服务器请求、接收服务

 如Web浏览器/服务器；email客户端/服务器  对等（peer-peer ）模式

 很少（甚至没有）专门的服务器

 如 Gnutella、KaZaA、Emule

网络边缘：采用网络设施的面向连接服务

目标：在端系统之间传输数据

握手：数据传输前要做好准备

两个通信主机之间为连接建立

TCP——传输控制协议

TCP服务

可靠的，按顺序的传送数据

确认和重传

流量控制

数据传输的流量大小
发送方不会淹没接收方

拥塞控制

当网络拥塞时，发送方降低发送速率

网络边缘：采用基础设施的无连接服务

**目标：**在端系统之间传输数据

无连接服务

 UDP – 用户数据报协议  无连接

 不可靠数据传输

 无流量控制

 无拥塞控制

网络核心

使用TCP的应用：

 HTTP (Web), FTP (文件传

送), Telnet (远程登录),

SMTP (email)

使用 UDP的应用：

 流媒体、远程会议、 DNS、

Internet电话

网络核心：路由器的网状网络

电路交换：

利用信令系统连接一条独享的电路（进行双向通信）

独享资源：不同享

每个呼叫一旦建立起来就能够保证性能 （性能保障）

没有数据发送，被分配的资源就会被浪费

将带宽分成片

频分 FDM
时分 TDM 时隙
波分 WDM

每条链路的速率（一个时间片）:

（所有链路的速率）/时隙

共用时间：传输时间+建立链路

电路交换不适合计算机之间的通信

 连接建立时间长  计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片较多

即使这个呼叫没有数据传递，其所占据的片也不能够被别的呼叫使用 （资源浪费）

 可靠性不高？

分组交换：

以分组为单位存储-转发方式  网络带宽资源不再分分为一个个片，传输时使用全部带宽  主机之间传输的数据被分为一个个分组

好处:

共享
按需使用

资源共享，按需使用：  存储-转发：分组每次移动一跳（ hop ）且完全存储

在转发之前，节点必须收到整个分组完全存储下来在进行转发
延迟比线路交换要大
排队时间

分组交换：存储-转发

 被传输到下一个链路之前，整个分组必须到达路由器：存储-转发  在一个速率为R bps的链路，一个长度为L bits 的分组的存储转发延时： L/R s

分组交换: 排队延迟和丢失

😏如果到达速率>链路的输出速率:

分组将会排队，等待传输
如果路由器的缓存用完了，分组将会被抛弃

分组交换网络核心的关键功能

路由: 决定分组采用的源到目标的路径（全局功能）

路由算法算出路由表

转发: 将分组从路由器的输入链路转移到输出链路（局部功能）

分组交换：统计多路复用（没有固定的模式）

分组交换 vs. 电路交换

同样的网络资源，分组交换允许更多用户使用网络！（自己不用时其他人可以使用）

分组交换是“突发数据的胜利者”

 适合于对突发式数据传输

资源共享
简单，不必建立呼叫

 过度使用会造成网络拥塞：分组延时和丢失

对可靠地数据传输需要协议来约束：拥塞控制

 Q: 怎样提供类似电路交换的服务？

保证音频/视频应用需要的带宽（多媒体的应用）

分组交换网络：存储-转发

分组交换: 分组的存储转发一段一段从源端传到目标端，按照有无网络层的连接，分成：

数据报网络：通信之前无需建立连接有数据就传输

分组的目标地址决定下一跳
在不同的阶段，路由可以改变（路径不同，可能会失序）
类似：问路
Internent

虚电路网络：通信前建立连接每个路由中都有指向下一个路由的虚电路表

每个分组都带标签（虚电路标识 VC ID），标签决定下一跳
在呼叫建立时决定路径，在整个呼叫中路径保持不变
路由器维持每个呼叫的状态信息
X.25 和ATM

接入网络和物理媒体

住宅接入：modem

 将上网数据调制加载音频信号上，在电话线上传输，在局端将其中的数据解调出来；反之亦然

调频
调幅
调相位
综合调制

物理媒体

 Bit: 在发送-接收对间传播  物理链路：连接每个发送-接收对之间的物理媒体  导引型媒体:

信号沿着固体媒介被导引：同轴电缆、光纤、双绞线

 非导引型媒体：

开放的空间传输电磁波或者光信号，在电磁或者光信号中承载数字数据

光纤和光缆：

 高速

 低误码率：在两个中继器之间可以有很长的距离，不受电磁噪声的干扰

 安全

Internet结构和ISP

端系统通过接入ISPs (Internet Service Providers)连接到互联网

如果将每两个ISPs直接相连不可扩展需要很大的时间复杂度

将每个接入ISP都连接到全局ISP（全局范围内覆盖）客户ISPs和提供者ISPs有经济合约

ISPs有竞争有合作

合作利用IXP （Internet exchange point）

(全球接入和区域接入）

后内容提供商网络 (Internet Content Providers,e.g., Google, Microsoft, Akamai) 可能会构建它们自己的网络，将它们的服务、内容更加靠近端用户，向用户提供更好的服务,减少自己的运营支出

分组延时、丢失和吞吐量

分组丢失和延时的发送时机

分组到达链路的速率超过了链路输出的能力
分组等待排到队头、被传输

（延时）：因为输出能力大小有限分组排队传输所以传输会有延时

（分组丢失）：分组排队处有缓冲区，分组到达时如果已经没有可用的缓冲区了，则该分组会被丢掉

分组延时：

 1. 节点处理延时：

检查 bit级差错
检查分组首部和决定将分组导向何处

 2. 排队延时（随机）取决于当前网络情况

在输出链路上等待传输的时间
依赖于路由器的拥塞程度

两点间数据接收的延迟：

传输延时: 第一个数据与最后一个数据传输时间的延时  R=链路带宽(bps)  L=分组长度(bits)  将分组发送到链路上的时间**= L/R （分组的大小除以链路的传播数据）**  存储转发延时
传播延时: 同一数据数据传输和接收的延迟  d = 物理链路的长度  s = 在媒体上的传播速度 (~2x108 m/sec)  传播延时 = d/s

节点延时：

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop