计算机网络：自顶向下方法——第1章 计算机网络和因特网

本博客是通过学习中国科大郑烇老师的计算机网络课程所写的笔记

一、什么是Internet

1.1、从构成角度描述

• 结点

主机结点（主机及其上运行的应用程序）、数据交换结点（路由器、链路层交换机等）

• 边

接入网链路：主机连接到互联网的链路

主干链路：交换机之间的链路

• 协议

协议控制发送、接受信息，是对等型实体在通信过程中应当遵守的规则的集合

定义了报文的格式、顺序，以及报文发送/接收或其它事件所采取的操作

1.2、从提供服务角度描述

• 分布式应用

例如Web、email、分布式游戏、电子商务、VoIP

• 编程接口

Internet为应用程序提供服务的基础设施。端系统（主机）提供的套接字接口，是一套发送程序必须遵循的规则集合。

服务包括：无连接的不可靠服务，面向连接的可靠服务

二、网络结构组成

2.1、网络边缘

包括主机及其上的应用程序

应用进程之间进行通信的模式：客户/服务器模式、对等模式

网络设施提供的服务：面向连接服务、无连接服务

2.1.1、应用进程通信模式

• 客户/服务器模式

客户端向服务器请求/接收服务，可扩展性不算很强

• 对等模式

没有专门的服务器，主机可以充当资源请求方也可以充当资源提供方。可扩展性较好

2.1.2、服务

• TCP

特点：面向连接、可靠、有流量控制、有拥塞控制

使用场景：HTTP、FTP、Telnet、SMTP

• UDP

特点：无连接、不可靠、没有流量控制、没有拥塞控制

使用场景：流媒体、远程会议、DNS、Internet电话

2.2、网络核心

交换机的网状网络，主要功能是路由（路由选择协议）、转发（转发表）

数据传输的方式：电路交换、分组交换

2.2.1、电路交换

主机之间建立起一条独享的电路，保证性能但是用以造成资源浪费。计算机应用的信息有很强的突发性，所以此方式不太适用于计算机应用

贷款被分片，相关技术有频分复用、时分复用、波分复用（光的频分复用）、码分复用

2.2.2、分组交换

以分组为单位，进行存储-转发。在转发之前，节点必须接收整个分组。带宽是共享的，在传输时，使用全部带宽，不再进行分片

统计多路复用，基于数据包/分组的动态分配（无需固定时隙），体现按需使用带宽

在分组交换中，通信子网向端系统提供虚电路和数据报两种网络服务

• 数据报网络

分组的目标IP地址决定下一跳

在通信之前，无需建立连接，每个分组独立路由，所以每个分组的传播路径可能不一样

• 虚电路网络

每个分组带有虚电路标识，该标识决定下一跳

在通信之前，需要建立连接，通信过程中，路径保持不变，路由器维持通信的状态信息

2.2.3、电路交换与分组交换的比较

分组交换不适合实时任务，因为它的时延是可变的、不可预测的，并且存在丢包的风险。但是，分组交换提供了比电路交换更好的带宽共享，比电路交换更简单、有效。分组交换还支持更多的用户进行传输。

2.3、接入网和物理媒介

接入网：将端系统（主机）物理连接到边缘路由器的网络

媒介：有线或者无线通信链路，包括双绞线、光纤、同轴电缆、地面微波、LAN、卫星

三、分组时延、丢失和吞吐量

为什么会有分组时延和分组丢失？

因为对于分组交换而言，多个用户共享同一条链路，当多个用户均需要使用该链路时，来个各个用户的分组均会到达路由器，如果前面有分组在转发，那么到来的分组会缓存在路由器的缓冲区中，等待转发，因此产生分组时延。然而，路由器缓冲区是有限的，如果分组到来并且缓冲区已满，则会出现分组丢失。

3.1、分组交换中的时延

• 处理时延

检查是否有差错，检查分组首部并决定导向何处

• 排队时延

在输出链路上等待被传输的时间，取决于路由器的拥塞程度

• 传输时延

路由器转发分组的时间，由分组长度和链路带宽决定

• 传播时延

与分组长度、链路带宽无关，与物理链路的长度和在媒介上的传播速度有关

3.2、吞吐量

吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率，在没有其它干扰流量时，吞吐量近似为沿着源和目的之间路径的最小传输速率，木桶效应

四、协议层次及其服务模型

4.1、服务

4.1.1、相关名词

• 服务：低层实体向上层实体提供它们之间的通信能力 
• 原语：高层使用低层提供的服务，以及低层向高层提供服务都是服务访问原语来进行交互的
• 服务访问点SAP：上层使用下层提供的服务通过层间的接口

4.1.2、服务类型

• 面向连接

两个通信实体为进行通信而建立的一种结合，网络层的连接被称为虚电路

• 面向无连接

两个对等层实体在通信前不需要建立一个连接，不预留资源；不需要通信双方都是活跃

服务与协议的关系？

本层的协议要靠下层提供的服务来实现，本层实体同通过协议向上层提供服务

4.2、分层

4.2.1、应用层

为人类或其它用户进程提供网络应用服务

相关协议有FTP、SMTP、HTTP、DNS

数据单元：报文

4.2.2、传输层

在网络层提供的端到端通信的基础上，细分为进程到进程之间的通信（一个主机有很多应用，如何确定是哪个进程与哪个进程在通信呢？服务访问点）。除此之外，还负责把网络层不可靠的通信变为可靠的通信

相关协议有TCP、UDP

数据单元：报文段

4.2.3、网络层

实现端到端的通信，不可靠

相关协议有IP、路由协议

数据单元：分组（无连接时为数据报）

4.2.4、数据链路层

相邻点之间的通信，可以提供可靠通信也可以提供不可靠通信

相关协议有PPP、802.11、Ethernet

数据单元：帧

4.2.5、物理层

在线路上传送bit

数据单元：位

数据单元在各层之间传输时，需要经过封装与解封装。在封装时，从上层传来的数据单元，与封装后的数据单元，可能存在一对一、一对多（数据单元太长，被分成多片）、多对一（多个数据单元被合并）的关系。