什么是互联网？

• 计算机网络：用通信设备将计算机连接起来，在计算机之间传输数据（信息）的系统。
• 互联网：网络的网络，“A Network of Networks”，“Best-Effort Packet Delivery Service”
• 可编程性：使用可编程主机，任何人都可以随时添加新的网络服务
• 协议：TCP, IP, HTTP, 802.11
• 通过ISP互联
• 互联网标准： REC，IETF
• 提供某种应用的编程接口
  • 允许发送接收的应用程序以连接互联网
  • 提供服务选项，模拟邮政业务

网络结构

网络边缘

• 主机: 客户机clients、服务器servers

• 服务器位于数据中心

• 接入网access networks, 物理介质: 有线，无线通信链路

• 网络核心network core: 互联路由器，基于网络的网络

接入网与物理介质

主机和边缘路由器连接

1. 接入网: DSL(digital subscriber line) ：电话线传输电话信号和数据。
2. 接入网: cable network：有线电视网
   1. HFC: hybrid fiber coax ：多人共用的时候，速率下降
   2. 电缆、光缆经过 ISP 路由器连接的网络：专线
3. 接入网: home network 路由器，ap
4. 企业接入网:以太网(Ethernet)
5. 无线接入网
   1. 无线局域网 WLANs:
   2. 广域无线接入网

互联网结构

• 主机通过接入ISP (Internet Service Providers) 接入互联网
• 接入ISP必须互联
• 接入ISP与全球ISP互联，并且可能有多个全球ISP，存在竞争。
• 同时区域网络也能够升级为ISP的接入网，内容提供商在提供ISP时也可以提供服务（如北大校园网）

数据传输

主机分割数据为多个 packets，长度为L bits，发送的速率为R(链路速率)
分组传输延迟 =

路由和转发：

• 路由routing：决定分组从源到目的的路径
• 转发forwarding：分组从一个路由器输入到另一个路由器的输出。
• 路由算法->转发

分组交换,存储转发

整个分组必须全部到达之后才能转发。
端到端的延迟 = 路由器数

电路交换

端到端的资源分配，通过源主机到目的主机的呼叫建立电路，建立专线

• 将电路(信号传输的时间及频率)划分为多个信道

两者对比

• 分组交换允许更多用户使用网络
• 分组交换：
  • 资源共享
  • 极大的拥塞概率：分组延迟和丢失

网络性能

分组丢失

路由器缓存满，一定时间内到达数据的链路速率超过发送速率，则分组排队，满则丢弃。

分组延迟

1. 处理时间
2. 排队延迟
3. 发送延迟
4. 传播延迟

分组时间计算

其中n为路由器数，M为数据总量。（类比流水线pipeline)

吞吐量

单位时间内通过信道或接口的数据量，取链路最小值。

协议分层

• 应用:FTP, SMTP,HTTP
• 传输:TCP,UDP
• 网络:IP, ICMP，RIP路由协议、IGMP、……
• 链路:PPP, Ethernet
• 物理:信号、介质、调制、复用

服务、协议和原语

• 服务是一层向其上层提供的一组原语
• 协议是一组规则，规定了对等实体之间所交换的报文格式和含义
• 一个服务由一组原语(primitive)说明，用户进程通过原语来访问该服务。原语告诉服务要执行某个动作。
  • 如TCP中的原语LISTEN,CONNECT,ACCEPT…

网络安全

• 在主机上的恶意软件:
  • virus: 病毒，可自我复制、感染并进入网络 (如 e-mail 附件)
  • worm: 蠕虫，通过被动地接收自己执行的对象来进行自我复制的感染
• 间谍软件等恶意软件可以记录击键、访问的网站、将信息上载到收集网站
• 受感染的主机可以注册在僵尸网络(botnet:由大量的受害主机构成的网络)中用于分布式拒绝服务广播介质 (共享的以太网, 无线网络)
• 攻击DDoS
• 嗅探分组Sniffing：混杂网络接口读取/记录所有经过的数据分组(例如含密码的分组!)

计算机网络概述2021.pdf