前言

编程小白学习记录，参考视频来源于B站：

中科大郑烇、杨坚全套《计算机网络（自顶向下方法 第7版，James F.Kurose，Keith W.Ross）》课程

什么是Internet

从具体构成角度

• 节点
  1. 主机（host、端系统）机器上运行的应用程序
  2. 路由器、交换机等网络交换设备

• 边：通信链路
  1. 接入网链路：主机连接到互联网的链路
  2. 主干链路：路由器间的链路

• 协议
  对等层实体在通信过程当中应该遵守的规则的集合
  定义了两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输、接收或者其他方面所采取的动作。

从服务角度

• 使用通信设施进行通信的分布式应用
• 通信基础设施为apps提供编程接口

网络结构

• 网络边缘(edge)
  1.主机
  2.应用程序(客户端和服务器)
• 网络核心(core)
  1.互联的路由器
  2.网络的网络
• 接入网、物理媒体(access)
  1.有线或者无线通信链路

网络边缘

端系统（主机）

• 运行应用程序
• 如web、Email
• 在网络的边缘

客户/服务器模式

• 客户端向服务器请求、接收服务器
• 如web浏览器/服务器，Email客户端/服务器

对等（peer-peer模式）

网络中的每个节点地位平等，兼具客户端和服务端的双重功能，无需依赖中心化服务器即可实现资源共享与通信

如何在端系统之间传输数据

1.采用网络设施的面向连接服务

(1)在数据传输之前握手,将两个通信主机之间为连接建立状态,为数据传输做准备
(2)TCP服务

TCP:传输控制协议(Transmission Control Protocol)

• 可靠地、按顺序地传数据（确认和重传）
• 流量控制（发送方不会淹没接收方）
• 拥塞控制（网络拥塞时，发送方降低发送速率）

2.采用基础设施的无连接服务

UDP:用户数据报协议(User Datagram Protocol)

• 无连接
• 不可靠数据传输
• 无流量控制
• 无拥塞控制

对比:
使用TCP的应用:
HTTP(Web),FTP(文件传送),Telnet(远程登录),SMTP(Email)
使用UDP的应用:
流媒体,远程会议

网络核心

路由器的网状网络

如何实现数据通过网络进行传输

电路交换

为每条呼叫预留一条专有电路,即端到端的资源被分配给源端到目标端

• 资源不共享
• 如果呼叫没有数据发送,被分配的资源就会被浪费
• 通常被传统电话网络采用
• 网络资源(如带宽)被分成片

频分,时分,波分

缺点
电路交换不适合计算机之间的通信

连接建立时间长(建立连接-占用资源-通信-释放连接)
由于通信的突发性,可能会浪费资源
可靠性不高

分组交换

以分组为单位进行存储-转发

• 带宽资源不再分片,而是使用全部带宽
• 传输的数据被分组
• 分组每次移动一跳
• 在转发之前,节点必须收到整个分组
• 统计多路复用:分组没有固定模式
• 存在排队和延迟

接入网和物理媒体

早期住宅接入:modem

将上网数据调制加载音频信号上,在电话线上传输,在局端将其中的数据解调出来;反之亦然.
缺点:
不能同时上网和打电话,不能总是在线.

接入网

DSL(digital subscriber line)

• DSL线路上的数据被传到互联网
• DSL线路上的语音被传到电话网

线缆网络

有线电视信号线缆双向改造

FDM(频分复用,frequency division multiplexing)
在不同频段传输不同信道的数据,数字电视和上网数据(上下行)

• HFC:hybrid fiber coax
  非对称:做高30Mbps的下行传输速率,2Mbps上行传输速率
• 线缆和光纤网络将各家庭用户接入ISP路由器
• 各用户共享到线缆头端的接入网络

物理媒体

• Bit:在发送-接收对间传播
• 物理链路:连接每个发送-接收对只见的物理媒体
• 导引型媒体:信号沿着固体媒介被引导
• 非导引型媒体:开放空间传输电磁波或者光信号,在电磁或者光信号中承载数字数据

同轴电缆

两根同轴铜导线,双向

光纤和光缆

光脉冲,每个脉冲表示一个bit,在玻璃纤维中传输,高速,低误码率,安全

物理媒介:无线链路

• 开放空间传输电磁波,携带要传输的数据
• 无需物理线缆
• 双向
• 存在传播环境效应:反射.吸收,干扰
  如:地面微波,卫星

互联网络结构:网络的网络

• 端系统通过接入ISPs(Internet service providers)连接到互联网
  
• ISP之间存在竞争与合作(peer link,IXP(internet exchange point))
• 业务细分,出现区域网络(regional net)
• 内容提供商网络(Internet content providers)构建网络,连接自己在各地的DC(数据中心),将它们的服务,内容更加靠近端用户,向用户提供更好的服务,减少运营支出)
  

分组延时、丢失和吞吐量

延时

发生的原因：
在路由器缓冲区的分组队列
分组到达链路的速率超过了链路输出的能力

分组延时的类型

• 节点处理延时（分组）
• 排队延时（路由器拥塞）
• 传输延时
• 传播延时

丢失

原因：链路队列缓冲区容量有限

吞吐量

指在源端和目标端之间传输的速率

瓶颈链路：限制端到端吞吐的链路

协议层次

层次化方式实现复杂网络功能

• 将网络复杂的功能分成功能明确的层次,每一层实现了其中一个或一组**功能,**功能中有其上层可以使用的功能:服务
• 本层协议实体相互交互执行本层的协议动作,目的是实现本层功能,通过接口为上层提供更好的服务
• 在实现本层协议的时候,直接利用了下层所提供的服务
• 本层服务:借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功能+更下层所提供的服务

服务

• 服务:低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力(服务用户,服务提供者)
• 原语:上层使用下层服务的形式,高层使用底层提供的服务,以及低层向高层提供服务都是通过服务访问原语来进行交互的形式
• 服务访问点(SAP,service access point):上层使用下层提供的服务通过层间的接口-地点;

服务的类型

面向连接的服务

• 过程:建立连接,通信,拆除连接
• 适用范围:对于大的数据块要传输,不适合小的零星报文
• 特点:保序

无连接的服务

• 两个对等层实体在通信前不需要建立一个连接,不预留资源,不需要通信双方都是活跃(寄信)
• 特点:不可靠,可能重复,可能失序
• 适合传送零星数据

分层处理和实现复杂系统的好处

• 概念化:结构清晰,便于标示网络组件,以及描述其相互关系

• 结构化:模块化更易于维护和系统升级

  1.改变某一层服务的实现不影响系统中的其他层次

Internet协议栈

• 应用层:网络应用(报文message)
  1.为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务
  2.如FTP,SMTP,HTTP,DNS
• 传输层:主机之间的数据传输(报文段segment)
  1.在网络层提供的端到端通信基础上,细分为进程到进程,将不可靠的通信变为可靠通信
  2.TCP,UDP
• 网络层:为数据报从源到目的选择路由(分组packet)
  1.主机到主机之间,端到端通信,不可靠
  2.IP,路由协议
• 链路层:相邻网络节点之间的数据传输(帧,frame)
• 物理层:在路线上传送bit(位)