【简记】Computer Networking——Summary

1.2 因特网概述
网络(network)由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
网络和网络之间通过路由器互连起来，组成互联网。
因特网(Internet)是世界上最大的互连网络。

ISP（Internet service provider）因特网服务提供商
三层ISP结构——
主干ISP：服务面积最大（一般覆盖国家范围），拥有高速主干网
地区ISP：
本地ISP：给端用户提供直接的服务。企业或大学都可以看成是本地ISP。

为了更快地转发分组，IXP（因特网交换点）应运而生。
如上图中，A和B之间可以直接在地区ISP之间利用高速链路对等地交换分组，这样可使因特网上的数据流量分布更加合理，同时也减少了分组转发的迟延时间，降低了分组转发的费用。
IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机。

万维网 WWW (World Wide Web)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。 （万维网只是互联网所能提供的服务其中之一，是靠着互联网运行的一项服务。）

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1.3 因特网组成

1.3.1因特网的边缘部分：
处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)。

“主机 A 和主机 B 进行通信”即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。或简称为“计算机之间通信”

在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式通常可划分为两大类：
1.客户-服务器模式（C/S）
客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。
客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

客户软件的特点 ：

• 被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
• 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器软件的特点 ：

• 一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
• 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
• 一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户与服务器的通信关系建立后，通信是可以双向的。

2.对等连接模式（P2P）

• 指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
• 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。
• 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。

1.3.2 因特网的核心部分

在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。
路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

分组交换的过程：
在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
每一个数据段前面添加上首部构成分组。
分组交换网以“分组”作为数据传输单元。
依次把各分组发送到接收端。
接收端收到分组后剥去首部还原成报文。

分组首部的重要性：
每一个分组的首部都含有地址等控制信息。
分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。

路由器处理分组的过程是：

• 把收到的分组先放入缓存（暂时存储）；
• 查找转发表，找出到某个目的地址应从哪个端口转发；
• 把分组送到适当的端口转发出去。

分组交换的优点：
高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活 以分组为传送单位和查找路由。
迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组。
可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。

分组交换带来的问题
分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。

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1.6 计算机网络的性能

1.速率
比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
Bit 来源于 binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。
速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是 b/s，或kb/s（k=10^3）, Mb/s(M=10^6), Gb/s(G=10^9) 等

速率往往是指额定速率或标称速率。

注：通信领域，小写的k表示1000，在计算机领域使用的是大写的K，表示2^10 =1024，M = 2^20, G = 2^30, T = 2^40。
注意具体语境下的区分

2.带宽
“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。

3.吞吐量
吞吐量(throughput)表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

4.时延
发送时延（网络适配器中，机器内部）：
发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。
发送时延= 数据帧长度（b） / 发送速率（b/s）

传播时延（传输信道上，机器外部）：
电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 注意单位。
传播时延 = 信道长度（米）/ 信号在信道上的传播速率（米/秒）

处理时延：
交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。例如分析分组首部，从分组中提取数据，差错检验，查找适当路由等。

排队时延：
结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

总时延 = 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

5.时延带宽积
时延带宽积 = 传播时延×带宽
链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。
对于一条正在发送数据的链路，只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到充分的利用。

6.往返时间RTT

7.利用率

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1.7 网络体系结构

分层的好处：
各层之间是独立的。
灵活性好。
结构上可分割开。
易于实现和维护。
能促进标准化工作。

通常各层完成的主要功能有：

• 差错控制：使得和网络对等端的相应层次的通信更可靠
• 流量控制：使得发送端的发送速率不要太快，对方来得及接受
• 分段和重装
• 复用和分用：发送端几个高层会话复用一条低层的连接，在接收端再进行分用
• 连接建立和释放

具有五层协议的体系结构：
TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。但最下面的网络接口层并没有具体内容。
因此往往采取折中的办法，即综合 OSI 和 TCP/IP 的优点，采用一种只有五层协议的体系结构 （只是为介绍网络原理而设计的，实际应用还是四层结构）。


（1）应用层
任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
应用层的协议有很多，如支持万维网应用的HTTP协议，支持电子邮件的SMTP协议等。我们将应用层交互的数据单元称为报文。
（2）运输层
负责向两个主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
主要有两种协议：

• 传输控制协议TCP：面向连接的，可靠的数据传输服务。单位是报文段。
• 用户数据报协议UDP：提供无连接的、尽最大努力（best-effort）的数据传输服务（不保证可靠性），单位是用户数据报。

（3）网络层
负责为分组交换网上的不同主机之间提供通信服务。
将运输层产生的封装成分组或包进行传送。
另一任务是选择合适的路由，使得分组能通过路由器找到目的主机。

（4）数据链路层
将网络层传下来的IP数据报组装成帧并进行传送。

（5）物理层
物理层所传输的单位是bit（0或1）。

1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点

实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。
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。

本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的服务用户是透明的。
协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。
服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。
同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。

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