【计算机网络：自顶向下方法】(一)计算机网络和英特网

学习推荐 ： 中科大计算机网络自顶向下

1.1什么是Internet?

• 公共英特网 ： 作为讨论计算机网络及其协议的主要载体 (由软件和硬件构成 、 能够根据为分布式应用提供服务的联网基础设施来描述英特网)

概念

• 设备 : 和互联网连接的设备 ，称为主机 or 端系统 (end system)
• 端系统通过通信链路和分组交换机连接在一起.
• 链路的传输 为 bit /s or bps
• 发送数据形成的信息包称为分组
• 分组交换机从它的一条入通信链路接受到达的分组，并从它的一条出通信链路转发该分组
• 分组交换器 和 路由器都是交换器 ，他们共同从 发送段系统到接收端系统。
• 英特网提供商 ISP

internet 结构

• 节点
  •  主机及其上运行的应用程序
  •  路由器、交换机等网络交换设备
• 边：通信链路
  •  接入网链路：主机连接到互联网的链路
  •  主干链路：路由器间的链路
• 网络协议:
  •  类似人类协议
  •  机器之间的协议而非人 与人之间的协议
  •  Internet 中所有的通信 行为都受协议制约
  • 协议定义了在两个或多 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 其他事件方面所采取的 动作

• 服务角度
  •  使用通信设施进行通信的分布式应用
  •  通信基础设施为apps提供编程接口（通信服务）

网络结构

• 网络边缘：
  •  主机
  •  应用程序（客户端和服务 器）
• 网络核心：
  •  互连着的路由器
  •  网络的网络
• 接入网、物理媒体：
  •  有线或者无线通信链路
    

1.2网络边缘

• access :接入 core ： 网络核心 edge 网络边缘

• 边缘通过接入接入到核心 ， 核心把所有边缘节点接在一起,使得任意俩个端系统之间相互的通行。
  

• 整个网络核心最重要的部分： 数据交换

• 下图为应用进程之间通行的模式
  

• CS模式 ： 主机多 ，集中式 、损失很大 ， 可扩展性差， 请求载荷增加， 能力下降 ， 到阈值处，会达到断崖式下降

• P2P：分布式 ， 解决服务器的扩容总满足不了用户请求的需求 eg文件分发系统（迅雷）
  
  

1.3网络核心： 数据交换的功能

•  网络核心：路由器的网状网络
•  基本问题：数据怎样通过网络进行 传输？
•  电路交换：为每个呼叫预留一条 专有电路：如电话网
•  分组交换：
  •  将要传送的数据分成一个个单位： 分组
  •  将分组从一个路由器传到相邻路由 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）

电路交换

• 为呼叫预留端-端资源
  • 链路带宽、交换能力
  •  专用资源：不共享
  •  保证性能
  •  要求建立呼叫连接
• 网络资源（如带宽）被 分成片
   为呼叫分配片  如果某个呼叫没有数据， 则其资源片处于空闲状态 （不共享 )

• TDM 波分
• TDM 时分
• 电路交换 不适用于计算机之间的通信 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

分组交换

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 （丢包）

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  路由算法
• 转发: 将分组从路由器的输 入链路转移到输出链路

电路交换和分组交换的比较

• 同样的网络资源，分组交换允许更多用户使用网络！

电路交换

•  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  一个仍未解决的问题(chapter 7)

分组交换

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：

1. 数据报网络：  分组的目标地址决定下一跳  在不同的阶段，路由可以改变  类似：问路  Internent
2. 虚电路网络：  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

分类

1.4 接入网和物理媒体

• Q: 怎样将端系统和边缘路由器连接?
   住宅接入网络  单位接入网络（学校、公 司）
   无线接入网络
  注意：
   接入网络的带宽 (bits per second) ？
   共享/专用？

住宅接入 ： modem

接入网: digital subscriber line (DSL)

1.5互联网络结构：网络的网络 & ISP

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

  • • 住宅，公司和大学的ISPs

•  接入ISPs相应的必须是互联的

  •  因此任何2个端系统可相互发送分组到对方

•  导致的“网络的网络”非常复杂

  • • 发展和演化是通过经济的和国家的政策来驱动的

• 问题: 给定数百万接入ISPs，如何将它们互联到一起 ??

• N * （N - 1） == O (N²)
  

• 所以就有了 全局ISP (如果 联通 移动 电信)

• 

• 内容提供商网络 (Internet Content Providers,) eg :Google, Microsoft, Akamai ，baidu 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
  
• 优点 ： 付费小， 用户体验更快

网络的网络

ISP

•  松散的层次模型
   中心：第一层ISP（****如UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T）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: 更小些的 (通常是区域性的) ISP  与一个或多个第一层ISPs，也可能与其他第二层ISP

• 一个分组要经过许多网络

1.6 分组延时、丢失和吞吐量

四种分组延时

• 分组传输延迟
  
  
• 传播延时 如果长度小 几乎可以忽略不计

节点延时

• 33:34 （1.6）
  
• TTL ： time to live

• 在Windows系统下  Tracerert hostname 如 Tracerert www.gucas.ac.cn
   更完整的例子
   tracert [-d] [-h maximum_hops] [-j computer-list] [-w timeout] target_name
  请见帮助：
  http://www.linkwan.com/gb/broadmeter/article/trace -help.htm
  测试网址：  www.traceroute.org  www.linkwan.com

分组丢失

吞吐量

1.7 协议层次及服务模型 （重要）

• 网络是一个复杂的系统!
• 问题是： 如何组织和实现这个复 杂的网络功能?

俩个栗子

服务和服务访问点

服务与协议的区别

• 服务 垂直关系
• 协议 水平关系
  
• SAP 服务访问点 用于区分不同的上层用户
  
  
  

分层处理的好处

协议栈

1.8历史

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