计算机网络和因特网

以下很多内容纯属个人理解，持续更进。

一、什么是因特网

因特网是遍布世界的计算机网络。由各种端设备，服务器，应用软件，网络协议，因特网服务提供商（ISP）组成的庞大而强大的网络。
端系统（如PC，移动设备等）通过通信链路和分组交换机连接到一起，通过ISP接入因特网。著名的分组交换机是路由器和链路层交换机。
端系统，分组交换机和其他的因特网部件上需要运行一系列的协议来控制因特网中信息的接收和发送。网络通信实体间信息的交互都受到网络协议的制约。

二、网络边缘

这里的网络边缘，应该考虑由位于因特网“边缘”的应用程序，端系统，接入网（将端系统连接到边缘路由器的物理链路，边缘路由器是端系统到任何其他远端系统路径上的第一台路由器。）和物理媒体构成。

1. 接入网

• 家庭接入
  DSL（Digital Subscriber Line）数字用户线，住户通常从提供本地电话的ISP处获得DSL因特网接入。这里需要用到DSL调制解调器。
  电缆，电缆因特网接入需要特殊的调制解调器，电缆调制解调器。
  FTTH（Fiber To The House）光纤到户
  拨号和卫星
• 企业（和家庭）接入
  以太网和WiFi是比较流行的局域网（LAN）接入技术。
• 广域无线接入
  3G和LTE

2. 物理媒体
   双绞铜线、同轴电缆、光纤、陆地无线电信道、卫星无线电信道

三、网络核心

1. 分组交换
   为了将报文从源端系统发送到目的端系统，源将长报文分割为较小的数据块，称为分组。每个分组在传送时，都通过通信链路和分组交换机。

• 存储转发传输
  多数分组交换机载链路的输入端使用该机制，该机制是指在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特前，必须接收到整个分组。
• 排队时延和分组丢失
  分组交换机与多条链路相连，对于每条链路，分组交换机具有一个输出缓存（输出队列）。如果某时刻某个链路正忙于传输其他分组，则新到达的分组必须在输出缓存中等待，这就需要承受排队时延。如果缓存空间有限，某个到达的分组可能发现该缓存已被其他等待的分组完全充满，则可能新到达的分组后已排队的某分组会出现分组丢失。
• 转发表和路由选择协议
  每台路由器具有一个转发表，因特网具有一些特殊的路由选择协议，用于自动设置这些转发表。

2. 电路交换
   电路交换网络中，在两个端系统通信期间，预留了端系统该期间沿路径所需要的资源（缓存，链路传输速率）。在分组交换网络中，这些资源不是预留的，会话报文按需使用这些资源。
   链路中的电路是通过频分复用（FDM）或时分复用（TDM）来实现。

四、分组交换的时延、丢包和吞吐量

1. 时延概述
   几种重要的时延是节点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延，累加起来就是节点总时延。

• 处理时延
  检查分组首部和决定该分组导向何处所需的时间是处理时延的一部分。
• 排队时延
  当分组在链路上的队列中等待传输时，经受排队时延。
• 传输时延
  用L比特表示分组长度，Rbps表示链路传输速率，则L／R是传输时延。
• 传播时延
  两台路由器之间的距离除以传播速率。

2. 丢包
   若a表示分组到达链路的平均速率，同时假定所有的分组都是由L比特组成，则流量强度可以表示为：La/R .
   在现实中，一条队列只有有限的容量，随着流量强度接近1，排队时延并不实际趋向无穷大。相反，到达的分组将面临一个满的队列，由于没有地方存储该分组，路由器将丢弃该分组。

3. 吞吐量
   如果从A到B传送一个大文件，在任何时间的瞬间吞吐量是B接收到该文件的速率（bps）。若接收F比特用了T秒，则平均吞吐量是 F／T bps。

五、协议层次模型

网络设计者以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件，每个协议属于这些层次之一，低层向它的上一层提供服务。一个协议层能够用软件、硬件或者两者结合来实现。各层的所有协议称为协议栈。

1. 五层因特网协议栈

• 应用层：应用程序及它们的应用层协议存留的地方。位于应用层的信息称为报文。
• 运输层：在应用程序之间传送应用层报文。把运输层分组称为报文段。
• 网络层：因特网的网络层负责将数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。
• 链路层：链路层分组称为帧。
• 物理层

2. OSI模型
   七层ISO的OSI模型包括：应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

• 参考：深入浅出搞懂网络的五层协议