计算机网络基础

一、因特网
因特网服务提供商 internet service provider：ISP

RFC request for comments：请求评论，定义了TCP、IP、HTTP和SMTP等协议。

1.1 协议三要素：
语法，数据与控制信息的结构或格式；信号电平。
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；差错控制。
时序，事件顺序；速度匹配。

1.2 接入网：
家庭：DSL数字用户线（Digital Subscriber Line）和电缆，最新的还有一种光纤接入，光纤一般是多个家庭共享。
企业(家庭)：以太网和wifi
广域无线接入：3G和LTE

1.3 网络核心：路由和转发

数据交换的类型：
电路交换：独占资源。例如：电话
报文交换：报文，源发送信息整体。报文交换以整个报文来发送消息。存储-转发形式。
分组交换：分组，报文拆分出来的一系列相对较小的数据包。分组交换需要报文的拆分和重组。存储-转发形式。

分组传输延迟：L (bit) / R (bits/s)

电路交换VS分组交换：
1.分组适用于突发数据传输网络，资源充分共享，简单，无需呼叫建立。
2.分组可能产生拥塞，分组延迟和丢失。需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制。

多路复用：
频分多路复用 FDM，每个用户占用不同的频率带宽，在通信过程中，始终使用这个带宽。
时分多路复用 TDM，将时间划分为一段段时分复用帧，每个用户在每个帧中占用固定序号的时隙，即在不同时间占用相同的带宽。
波分多路复用 WDM，光的频分复用，利用光的不同波长。
码分多路复用 CDM，为每个用户分配一个唯一的m bit 码片序列，0用“-1”，1用“1”表示，用户使用相同的频率载波，利用各自码片序列编码数据。CDM广泛应用于无线链路共享，例如蜂窝网，卫星通信。

1.4 计算机网络性能：
数率：数据率，或称数据传输速率或比特率，b/s，bps，kb/s
带宽：网络带宽指的是数字信道所能传送的“最高数据率”，b/s

1.4.2
延迟／时延：delay／latency。
Dproc节点处理延迟 - 差错检测，确定输出链路，通常<ms。
Dqueue排队延迟 - 等待输出链路可用，取决于路由器的拥塞程度。
--R链路带宽，L分组长度，a平均分组到达速率
--流量强度：La/R - ～0，不需要排队；～1排队延迟很大；>1超出服务能力，排队延迟无限大
Dtrans传输延迟 - 取决于L分组长度bits，R链路带宽bps，=L/R
Dprop传播延迟 - d物理链路长度，s信号传播速度，=d/s

1.4.4
时延带宽积 = Dprop传播时延 * R带宽
丢包率
吞吐量／率：在发送端和接收端之间传送数据速率b/s。吞吐量有：即时吞吐量，平均吞吐量。吞吐量取决于最低的吞吐量

1.5 计算机网络体系结构
体系结构：从功能上描述计算机网络结构。是分层结构；每层遵循某个／些协议完成本层功能；计算机网络体系结构是计算机网络的各层及其协议的集合；是一个计算机网络的功能层次及其关系的定义；体系结构是抽象的。

为什么采用分层结构：
结构清晰，有利于复杂系统的部件及其关系
模块化的分层易于系统更新，维护
有利于标准化

体系结构基本概念：
实体：任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。
协议：控制两个对等实体进行通信的规则的集合，协议是“水平的”。
任一层实体需要使用下一层服务，遵循本层协议，实现本层功能，向上层提供服务，服务是“垂直的”。
下层协议的实现对上层的服务用户是透明的。
同系统的相邻层实体间通过接口进行交互，通过服务访问点SAP，交换原语，指定请求的特定服务。

1.5.2
OSI 模型：
为什么需要数据封装：

• 加控制信息：构造协议数据单元
• 控制信息主要包括：地址，标识发送端／接收端；差错检测编码，用于差错检测或纠正；协议控制，实现协议功能的附加信息，如：优先级，服务质量，和安全控制等。

物理层的功能：
接口特性 - 机械特性，电气特性，功能特性，规程特性
比特编码
数据率
比特同步 - 时钟同步
传输模式 - 单工，半双工，全双工

数据链路层的功能：
负责结点-结点数据传输
组帧
物理寻址 - 在帧头增加发送端／接收端的物理地址标识数据帧的发送端／接收端
流量控制 - 避免淹没接收端
差错控制 - 检测并冲传损坏／丢失帧，并避免重复帧
访问(接入)控制 - 在任一给定时刻决定哪个设备拥有链路(物理介质)控制使用权

网络层的功能：
负责源主机到目的主机数据分组交付 - 可能穿越多个网络
逻辑寻址 - 全局唯一逻辑地址，确保数据分组被送达目的主机，如IP地址
路由 - 路由器(网关)互连网络，并路由分组至最终目的主机；路径选择
分组转发

传输层的功能：负责源-目的(端到端) / (进程间) 完整报文传输
分段与重组
SAP寻址 - 确保将完整报文提交给正确进程，如端口号
连接控制
流量控制
差错控制

会话层的功能：
对话控制 - 建立、维护
同步 - 在数据流中插入“同步点”
最“薄”的一层，实际中不单独存在

表示层的功能：处理两个系统间交换信息的语法与语义问题，实际网络中不是独立存在的
数据表示转化 - 转换为主机独立的编码
加密／解密
压缩／解压缩

应用层的功能：
支持用户通过用户代理(如浏览器)／网络接口使用网络(服务)
典型应用层服务 - 文件传输FTP；电子邮件SMTP；web (HTTP)...

TCP/IP参考模型：
应用层：FTP，HTTP
运输层：TCP，UDP
网际层：IP
网络接口层

五层参考模型分：
应用层：支持各种网络应用
传输层：进程-进程的数据传输，TCP，UDP
网络层：源主机到目的主机的数据分组路由与转发，IP协议，路由协议等
链路层：相邻网络元素(主机，交换，路由器等)等数据传输，以太网，802.11，PPP
物理层：比特传输