第一章 概述

计算机网络

互连的自洽的计算机集合
自洽的计算机称为主机或端系统

硬件基础

通信链路互连主机与网络设备

功能

核心功能：资源共享，通过主机间信息交换实现

1. 硬件资源共享
2. 软件…
3. 信息…

分类

按覆盖范围

1. 个域网PAN
2. 局域网LAN
3. 城域网MAN
4. 广域网WAN

按拓扑结构

• 星形：常见于局域网，个域网
  • 优点：易于管理，诊断，隔离
  • 缺点：中央故障，全网瘫痪，受限于中央结点端口数
• 总线型：信息广播到所有结点，用于早期局域网
  • 优点：结构简单，易扩展
  • 缺点：诊断，隔离困难，容易冲突
• 环形：环上每个设备转发，到发送端清除，即自生自灭
  • 易避

网络边缘

连接到网络的所有端系统

接入网络

用户通过借入网络实现与ISP网络，即网络核心连接

ISP网络

由通信链路互连分组交换设备（路由器，交换机）构成的网络

电话接入网络

通过调制解调器modem将数字信号调制到模拟电话信号

非对称数字用户线路ADSL

基于频分多路复用FDM，利用电话网络，实现电话语音通信与数字通信共享一条用户线路
非对称：下行带宽大于上行
独享式

混合光缆同轴电缆HFC

利用有线电视网络剩余传输能力与FDM
非对称
共享式

局域网

例如以太网，wifi

移动接入网络

网络核心

见上方ISP

性能

时延

跳步：两个结点的直接链路
一个跳步所需时间组成：

1. 结点处理时延dc
2. 排队时延dq
3. 传输时延dt:分组长度L/链路带宽R
4. 传播时延dp:物理链路长度D/信号传播速度V
   时延带宽积G：传播时延dp*链路带宽R
   丢包率n=丢失分组总数Nl/发送分组总数Ns
   吞吐率Thr:瓶颈链路的带宽

网络协议

网络设备间进行消息发送，接收，转发，需要遵守的约定

协议三要素

1. 语法：实体间交换信息的格式，电平与结构，即由什么构成
2. 语义：控制信息，如差错检测，地址信息，即各构成的具体含义
3. 时序：实体间交换信息的顺序与适应彼此速度

数据交换技术

网络核心用以实现中继续转发

电路交换

通过中间交换结点为两台主机之间建立一条专用通信线路——电路，对通信内容不做任何干预和缓存，即透明传输，交换效率高，数据传输结束就拆除
优点：实时性高，时延小
缺点：信道利用率低，速率单一

报文交换

也称消息交换
信息附加地址等控制信息，在结点间以存储-转发方式传送
必须接收完整报文再开始转发
每个结点延迟时间等于接收时间和排队延迟时间只和
优点：信道利用率高，速率可变
缺点：可能由于存储空间不够，丢弃报文，时延较长

分组交换

将报文分割成较小数据块，附上序号等控制信息，构成分组，在目的地组装
存储-转发方式
优点：

1. 交换设备存储容量要求低
2. 交换速度快
   1. 利用主存进行
   2. 多个分组在不同链路并行发送
3. 可靠传输效率高：出错重传代价低
4. 公平:因为交替排队，短的先送达
   误码率pe越低，最佳分组长度Lopt越长，最高信道利用率nmax随头长度h和误码率pe增大而降低

计算机网络体系结构

将复杂的网络通信功能划分为若干层协议
核心思路：上一层的功能建立在下一层的功能基础上，并且每一层内遵守一定的协议

OSI参考模型

分为7层
第N层接收第N+1层协议数据单元PDU，按第N层协议封装成第N层PDU，再通过层间接口给第N-1层
物理层之间为实通信
其他对等层虚拟通信

1. 物理层：在传输介质上实现无结构比特流传输
2. 数据链路层：实现相邻结点间数据可靠传输与寻址，PDU为帧
3. 网络层：通过转发和路由，将分组通过交换网络传送至目的主机，PDU为分组或包
4. 传输层：第一个端到端层次，也是进程-进程层次，发生在两个主机的进程之间，通过复用，分解，可靠数据传输，流量控制，拥塞控制，防止报文丢失，PDU为报文段
5. 会话层：用户与用户连接，建立会话时核实双方身份是否有权参加，会话建立后，管理进程间对话
6. 表示层：管理应用实体间交换数据
7. 应用层：为用户提供使用网络应用的接口
   1-3为网络低层，5-7高

名词

• 数据单元：层的实体间传送的比特组
• PDU：协议数据单元，对等层间遵循同一协议的数据单元
• SDU:服务数据单元
• PCI:协议控制信息
• SAP:服务访问点，N+1层通过SAP访问N层
  N+1层PDU通过SAP变为N层SDU，即第N层将高一层的PDU视为SDU
  N层在SDU上加上PCI成为N层PDU
  第N层可以把N+1层PCU分成多份
  到达目的地后，层层去掉PCI，恢复PCU原始结构

PDU在各层叫法

• 物理层：比特流
• 数据链路层：帧
• 网络层：分组或包
• 传输层：报文段
• 应用层：报文

服务源语

• Request:请求
• Indication:指示
• Response:响应
• Comfirm:证实

TCP/IP参考模型

• 应用层：WWW,HTTP,FTP,SMTP,POP3，传输协议分为传输控制协议TCP和用户数据报协议UDP
• 传输层：解决端到端可靠性，保证正确顺序到达，只在应用层和网络层间传输
• 网络互联层：核心，负责把分组发往目的主机，核心协议是IP，是无连接不可靠协议
• 网络接口层：对应数据链路层和物理层

五层参考模型

最常用，最接近现实网络