第一章：概述

1.3 互联网的组成

边缘部分：由连接在互联网上的主机组成，由用户直接使用，用来通信（传递数据、音频或者视频）和资源共享。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，为边缘部分提供服务（提供连通性和交换）。

计算机之间的通信实际上是指主机 A 上的某一个进程和主机 B 上的某一个进程进行通信。

1.3.2 互联网啊的核心部分

互联网的核心部分是互联网中最复杂的的部分。
向边缘网络之中的主机提供连通性，使任何一台主机都可以向其他主机通信。
互联网核心部分起作用的的是路由器（router）。
路由器是实现分组交换（packet switching）的关键构建，其任务是转发收到的分组。

网络边缘系统之间的通信方式

• Client / Server
• Peer to Peer

客户-服务器方式（C/S）

• 客户/服务器方式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
  客户服务器之间的通信关系是双向的，客户和服务器都可以发送和接收数据。

客户程序和服务器程序的主要特点

• 客户程序：
  被用户调用后运行，需主动向远地服务器发起通信（请求服务）。必须直到服务器程序的地址。
  不需要特殊的硬件和复杂的操作系统。
• 服务器程序
  专门用来提供某种服务的程序，可以同时处理多个用户请求。
  一直不断的运行，被动的等待并且接收多个客户的请求。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。

对等方式（P2P）

• 两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。
• 只要运行了 P2P 软件都可以进行平等的、对等连接通信。
  本质上还是客户服务器方式，只是对等连接之中，每一个主机即是客户有实服务器。

计算机网络的性能

• 速率：数据传送速率，数据率、也叫比特率
• 带宽：
  频域：某个信号具有的频带宽度，单位是赫，是某信道允许通过的信号频带范围称为该信道的宽度（通频带）。
  时域：网络中某信道传送数据的能力，表示在单位时间内网络中某信道能通过的最高数据率。
  一条通信链路带宽越宽，其所能传输的最高数据率就越高
• 吞吐量：单位时间内某个网络信道或者接口实际的数据量。额定速率是绝对值上限，可能远小于额定速率，甚至下降到零。有时候可以用每秒传送的字节数或者帧数来表示。
• 时延：数据从网络的一端传送到另一端需要的时间。
  发送时延：也叫传输时延，主机或者路由器发送数据帧所需要的时间，从发送第一个比特带最后一个比特发送完成所需的时间。
  发送时延 = 数据帧长度 / 发送数据
  传播时延： 信道长度 / 信号在信道上传播速率
  铜线电缆中传播速率 2.3 10^5 km/s
  光纤中传播速度 2.0 10^5 km/s
  发送时延发送在机器内部的发送器中，与传播信道长度无关。
  传播时延在机器外部对的传输信道媒体上，与信号的发送速率无关，信号传送距离远，传播时延就越大。
  处理时延
  排队时延
  高速网络链路仅提高了数据的发送速率，而不是比特在链路上传播速率。
  提高数据发送速率只是减少了数据的发送时延。
• 往返时延RTT：
  表示从发送方发送完数据到发送方接收来自接收方的确认总经历的时间。
• 利用率：
  信道利用率：信道有百分之几的时间是被利用的。
  网络利用率：全网络信道利用率的加权平均值。
  某信道利用率增大，时延回迅速增加。
  D = D0 / （1 - U）
  有效数据率 = 数据长度 / （发送时间 + RTT）
• 时延带宽积
  时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
  链路的时延带宽积又称为比特单位的链路长度。管道中的比特数表示从发送端发出但是尚未到达接收端的比特数。只有在代表链路的管道都充满比特时，链路才得到了充分的利用。

分组交换的要点

互联网的核心部分采用分组交换技术

• 高效：在分组传输过程之中动态的分配传输带宽，对通信链路逐段占用。
• 灵活：为每一个分组独立的先择最合适的转发路由。
• 迅速：以分组为传输单位，可以先不建立连接就可以向其他主机发送分组。
• 可靠：保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性。

分组交换的问题：
排队延迟：分组交换在各个路由器存储转发需要排队。
不保证开销：多态分配。
增加开销：各分组必须携带控制信息；路由器要暂存分组，维护转发表等。

电路交换、报文交换和分组交换的比较

• 电路交换：
  分为三个阶段
  1、建立连接：建立一条专门的物理通路（占用通信资源）
  2、通话：主叫和被叫方相互通电话（一直占用通信资源）
  3、释放连接：释放刚才使用的专用物理通路（归还通信资源）
  电路交换技术必须经过三个阶段
  电路交换的特点：通话两用户始终占用端到端的通信资源
  计算机数据具有突发性，故通信线路利用率很低，只有10%~1%，大部分时候是空闲的。
• 分组交换
  1、采用存储转发技术：发送前将较长的报文划分成更小的登场的数据段。
  2、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。
  3、发送端依次把各分组发送到接收端。接收端收到分组后剥去首部，还原成原来的报文。

分组在互联网之中的转发：暂存接收到的分组、检查分组首部、查找转发表、按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去。

• 报文交换
  1、电报通信采用了基于存储转发原理的报文交换。
  2、报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。
  3、报文交换闲杂已经很少有人使用了。
• 若要连续传输大量数据，且其传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
• 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据是可以提高整个网络的信道利用率。
• 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，因此分组交换比报文交换的时延小，同时也具有更好的灵活性。

理解五层协议的网络体系结构包含哪几层

1. 应用层：
   任务：通过应用进程间的交互完成特定网络应用。
   协议：定义的是应用进程之间的交互和通信规则。
   应用层交互的数据单元称为报文（message）
   DNS、SMTP、HTTP
2. 传输层：
   负责两台主机进程之间的通信提供通用的数据传输服务。
   具有复用和分用功能。
   主要使用两种协议：
   传输控制协议：TCP
   TCP（Transmission Control Protocol）
   提供面向连接的、可靠的数据传输服务
   数据传输的单位是报文段（segment）
   用户数据报协议：UDP
   UDP（User Datagram Protocal）
   提供无连接的尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性）
   数据传输的单位是用户数据报。
3. 网络层：
   为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
   具体任务
   路由选择：经过一定的算法，在互联网中的每一个路由器上，生成一个用来分组转发的转发表。
   转发：每一个路由器在接收到一个分组时，要依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器。
   互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议 IP （Internet Protocol）和许多路由选择协议，因此网络层也叫网际层或者 IP 层。
   IP 协议分组也叫做 IP 数据报，简称为据报。
4. 数据链路层
   任务：
   实现两个相邻节点之间的可靠通信。
   在两个相邻节点间的链路上传送帧（frame）。
   若发现有差错，就简单的丢弃差错帧。
   如果需要改正出现的差错，就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错，这种方法会使用数据链路层协议复杂。
5. 物理层
   任务：
   实现比特（0/1）传输
   确定连接电缆的插头应当有多少根引脚，以及引脚应该如何连接。
   传输信息所用的物理媒体，双绞线、同轴电缆……并不在物理层协议之内，在其之下。

TCP/IP四层网络体系结构包含哪几层

1. 应用层：各种应用层协议，如 DNS、HTTP、SMTP等。
2. 运输层：TCP 或 UDP
3. 网际层：IP
4. 网络接口层

OSI七层体系结构包含哪几层

1. 应用层
2. 会话层
3. 表示层
4. 运输层
5. 网络层
6. 数据链路层
7. 物理层

协议三要素

• 语法：数据控制信息的结构或者格式。
• 语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种反应。
• 同步：事件实现顺序的详细说明。

协议和服务

协议:
保证能向上一层提供服务
对上面服务用户是透明的
是水平的

服务：
上层使用服务原语获得下层所提供的服务
上面的服务用户只能看见服务，无法看见下面的协议
是垂直的