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互联网概述

网络

计算机网络：由若干节点(node)和连接这些节点的链路(link)组成，节点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等

互连网：多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成了一个覆盖范围更大的计算机网络

功能：数据通信，资源共享

发展阶段

ARPA NET：单个分组交换网

TCP/IP协议为ARPANET的标准协议，实现网络互联

NSF NET：三级结构 - 主干网，地区网，校园网（企业网）

多层次ISP：

ISP 互联网服务提供者，向用户提供互联网接入服务
主干ISP，地区ISP，本地ISP
IXP代表互联网交换点，允许两个网络直接相连，快速交换分组

互联网的组成

由硬件，软件，协议组成，分为核心部分和边缘部分

边缘部分

是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统。如个人电脑，网络摄像头，服务器等

端系统通信

C/S方式：客户-服务器方式

描述的是进程之间服务与被服务的关系，客户为服务请求方，服务器为服务提供方，通信可以是双向的
客户程序被用户调用后运行，主动向服务器通信，服务器一直运行，被动等待通信

P2P方式：对等方式（Peer to Peer）

主机通信时不区分用户和服务器

核心部分

向网络边缘的主机提供连通性，使所有主机可以向其他主机通信

特殊作用：路由器 - 实现分组交换，转发收到的分组

分组转发是网络核心部分最重要的功能。

交换技术

电路交换

经过“建立连接（占用通信资源）、通话（一直占用通信资源）、释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为电路交换。
特点：通话的两个用户始终占用端到端的通信资源

分组交换

采用存储转发技术
数据段前面添加首部就构成了分组 (packet)或包
互联网采用分组交换技术。分组是在互联网中传送的数据单元，接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文
分组在互联网中的转发：根据首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息进行转发，每一个分组在互联网中独立选择传输路径，位于网络核心部分的路由器负责转发分组，即进行分组交换。路由器要创建和动态维护转发表。

优点：高效（动态分配带宽，逐段占用通信链路），灵活（为每个分组独立选择路由），迅速（可以不先建立连接就发送分组），可靠（网络协议+分布式分组交换网）
缺点：排队延迟（分组在各路由器存储转发时需要排队），不保证带宽，增加开销（分组头，转发表）

报文交换

基于存储转发原理

计算机网络分类

作用范围

网络使用者

除此之外，还有接入网AN，用于将用户接入互联网，是某个用户端系统到本地 ISP 的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。

性能指标

速率

指的是数据的传送速率，也称为数据率 (data rate) 或比特率 (bit rate)。

单位：bit/s，或 kbit/s、Mbit/s、 Gbit/s 等。

1字节Byte/B为8bit

带宽

网络中某通道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。

单位与数据率单位相同，一条通信链路的“带宽”越宽，其所能传输的“最高数据率”也越高

注意：带宽一般不是影响传播速度，而是主机向链路发送的速度

吞吐量

单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量，有时可用每秒传送的字节数表示

受带宽或额定速率影响

计算传送时间和吞吐量都看最慢的速率

时延

数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间

也称为延迟或迟延

发送时延/传输时延：发送数据帧需要的时间=数据长度/发送速率（信号带宽）

报文xbit，数据率b(bit/s)，则发送时延为x/b

传播时延：在信道传播需要的时间=信道长度/传播速率

处理时延：主机/路由器在收到分组时，为处理分组所花费的时间

排队时延：分组在路由器输入输出队列中排队等待处理和转发所经历的时延

总时延为所有时延之和

时延带宽积（带宽时延积）

时延带宽积 = 传播时延 * 带宽

代表管道中的比特数表示从发送端发出但尚未到达接收端的比特数

往返时间RTT

表示从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间

RTT包括往返的传播时延和末端的处理时间

利用率

信道利用率有数据通过时间/总时间

网络利用率全网络信道利用率的加权平均值

D=D0/(1-U)

计算机网络体系结构

分层设计问题：将大问题转化为小问题

OSI七层模型 - TCP/IP四层模型

计算机网络体系结构是计算机网络各层及其协议的集合

协议和划分层次

第n层中的活动元素为n层实体，同一层实体为对等shiti

网络协议 (network protocol)，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：控制两个对等实体进行通信的规则的集合。

语法：数据与控制信息的结构或格式。

语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应

同步：事件实现顺序的详细说明

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。

要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务

接口：上层使用下层服务的入口

服务：下层为上层提供的功能调用

协议是水平的，服务是垂直的

在统一系统中相邻邻两层的实体进行交互（即交换信息）的地方，通常称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。SAP实际上是一个逻辑接口

OSI中层与层之间交换数据单位为服务数据单元SDU

五层协议体系结构

应用层

任务：通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
协议为应用进程间通信交互规则，交互的数据为报文（DNS HTTP SMTP FTP等）

运输层

任务：负责向两台主机中进程之间通信提供通用的数据传输服务
协议：

TCP传输控制协议报文段保证可靠
UDP用户数据报协议用户数据报尽最大努力（不保证可靠）

功能：可靠/不可靠传输，差错控制，流量控制，复用分用（代表多个应用层进程可同时使用下层运输层的服务，运输层会分别交付给不同的进程）

网络层

上面为端到端通信，下面三层为点到点通信
任务：为分组交换网上的不同主机提供通信服务

路由选择：在互联网的路由器上生成转发分组的转发表
转发：在收到分组时按路径转发给下一个路由器

协议：无连接的网际协议IP
传输单位为数据报（数据报产生分组）

数据链路层

任务：实现两个相邻节点之间的可靠通信，在相邻节点的链路上传送帧
传输单位为帧

物理层

任务：实现比特传输，规定物理媒体

*只有数据链路层会在数据头尾都加数据，其他都是头部加数据

*在中间节点时，回归网络层，再重新添加数据链路的首部和尾部

TCP/IP

四层体系结构

应用层 HTTP FTP

传输层 TCP UDP

网际层 IP

网络接口层（数据链路+物理）