计网 学习笔记 第一章

1.1 计算机网络基本概念

• 计算机网络
  计算机网络 = 通信技术 + 计算机技术，其本身就是一种通信网络。计算机网络就是互连的，自治的计算机集合。
  全球最大的互联网络：Internet
  Internet：1. 为网络应用提供通信服务的通信基础设施 2. 为网络应用提供应用编程接口

• 网络协议
  网络协议，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到消息或发生的事件所采取的“动作”。
  协议三要素：语法、语义、时序

1.2 计算机网络的结构

• 计算机网络的结构主要分为三部分：网络边缘；接入网络，物理介质；网络核心

• 网络边缘：主机（端系统）；客户/服务器（client/server）应用模型；对等（peer-to-peer，P2P）应用模型

• 接入网络

• 网络核心关键功能：路由 + 转发。网络核心解决的基本问题：通过数据交换实现数据从源主机通过网络核心送达目的主机。

1.3 网络核心

数据交换

• 数据交换
  什么是数据交换？
  数据交换是指在多个数据终端设备之间，为任意两个终端设备建立数据通信临时互联通路的过程。
  为何需要数据交换？
  如果将N个主机每个之间两两相连，一共需要 $\frac{N(N-1)}{2}$个链路，太过复杂且没有必要。

• 数据交换分为三个类型：电路交换、报文交换、分组交换。

• 电路交换：独占线路 最典型的电路交换网络就是电话线路。
  电路交换通过多路复用实现中继线的共享。

多路复用

• 典型多路复用方法：频分、时分、波分、码分
• 频分：各用户占用不同的频率带宽资源。用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都使用这一频带。
• 时分：将时间划分成一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙。
• 波分：就是光的频分
• 码分：广泛应用于蜂窝数据等

数据交换——报文、分组交换

• 报文交换
  报文：源发送信息整体

• 分组交换
  分组：报文分拆出来的一系列比较小的数据包，需要报文的拆分与重组，因此需要额外的开销。一个分组包含头和数据两个部分。

报文交换与分组交换均采用存储-转发的交换方式，只不过一个以完整报文进行，一个以分组进行。

• 报文交换与分组交换的对比

分组交换有传输延迟：
当发送主机接受了报文并将其划分为L bits的分组，在传输速率为R的链路上传输时，会产生L/R的延迟（时延）。

• 报文交换的报文交付时间：
  报文：M bits；链路带宽：R bps；跳步数：h
  T=$\frac{M\ast h}{R}$

• 分组交换的报文交付时间：
  报文：M bits；链路带宽：R bps；跳步数：h；分组长度（大小）：L bits；路由器数：n
  T=$\frac{M}{R}$+$\frac{(h-1)\ast L}{R}$=$\frac{M}{R}$+$\frac{n\ast L}{R}$

分组交换允许更多用户同时使用网络，实现网络资源的充分共享，但可能会产生拥塞、分组丢失或延迟。
原因：分组在路由器缓存中排队，分组到达速率超过输出链路容量时可能会导致丢包，分组排队等待链路可用时会导致延迟。

四种分组延迟

• 结点处理延迟：差错检测；确定输出链路；通常<msec
• 排队延迟：等待输出链路可用；取决于路由器拥塞程度
• 传输延迟：L/R
• 传播延迟：d：物理链路长度；s：信号传播速度；d/s
  传输延迟和传播延迟不是一回事！！！：类比车队。传输延迟相当于车队通过收费站的时间，传播延迟相当于每辆车从第一个收费站到第二个收费站之间所用的时间。
  排队延迟：R：链路带宽；L：分组长度；a：平均分组到达速率。流量强度=La/R。
  La/R～0：平均排队延迟很小；
  La/R->1：平均排队延迟很大；
  La/R>1：超出服务能力，平均排队延迟无限大；