计算机网络自顶向下复习总结

计算机网络自顶向下复习总结

针对《计算机网络自顶向下（第七版）》

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CH1. Computer Networks and The Internet

第一章 计算机网络和因特网

相关问题及知识点总结：

• 什么是因特网：
• 两种定义：一种是描述因特网的构成；另一种是根据分布式应用提供服务的网络基础设施来描述因特网。
  • We can describe by two definitions: the one is described the composition of Internet; the other one is described the Internet according to a networking infrastructure that provides services to distributed applications.
• 公共因特网是一个世界范围的计算机网络，即它是一个遍及了全世界的数以百万计的计算设备的网络。
• 端系统即主机
  • End system is host
• 端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起
  • End systems are connected by communication link and packet switch.
• 不同的链路以不同的传输速率发送数据
• 当端系统之间进行通信时，需要将数据分段并加上相应的头部信息（首部字节），这样形成的信息包称为分组 packet。

关于这一点 ，为什么要分组呢，因为分组可以实现数据的并行发送/传输，如果是不分组，数据之间独立性弱，串行传输防止乱序，这样会容易造成整个数据的不可用或者传输阻塞。一方面，分组能让传输效率加快，由串行变成并行；另一方面，分组让数据独立性变强，若有组内数据传输失败，例如丢包，则可以选择返回部分数据丢失的信息，不用重新传输所有数据。

• 分组交换机有两种最著名的类型：路由器（ Router ）和链路层交换机（ Link-layer switch ）
• 什么叫路径？ What is the path/route?
• 从发送端系统到接收端系统，一个分组所经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径。
• The sequence of communication links and packet switches traversed by a packet from the sending end system to the receiving end system is known as a route or path.
• 端系统，分组交换机和其他因特网不见都要运行控制因特网中信息接收和发送方的一系列协议，其中TCP( 传输控制协议 Transmission Control Protocol ) 和IP( 网际协议 Internet Protocal )是因特网中最重要的两个协议。
• 一些专用网络，例如公司网络和政府网络，这些网络内的主机不能和外部网络的主机交换信息（ 防火墙起到了重要作用）
• 协议是什么？ What is protocol?
• 一个协议定义了在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/接收或其他事件方面采取的动作。
• A protocal defines the format and the order of messages exchanged between two or more communicaiting entities, as well as the actions taken on the transmission and/or receipt of a message or other event.
• 主机分为两类：客户机（ client ）和服务器（ server ）

客户机 ≈ 桌面PC/移动PC/PDA
服务器 ≈ 更强大的及其，用于存储和发布web页面、流视频以及转发电子邮件等

• 什么是客户机-服务器模式？
• 客户机程序（client program）是运行在一个端系统上的程序，发出请求后，运行在另一个端系统上的服务器程序（server program）接收服务。客户机-服务器因特网应用程序是分布式应用程序（distributed application）。
• A client program is a program running on one end system that requests and receives a service from a server program running on another end system. Client- server Internet applications are distributed application.
• 什么是接入网？What is the access network?
• 将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。
• The physical links that connect an end system to its edge router.
• 网络接入分类：
• 住宅接入（residential access），将家庭端系统与网络相连

例如DSL接入，HFC接入，卫星接入

• 公司接入（company access），将商业或教育机构中的端系统与网络相连

例如以太网接入

• 无线接入（wireless access），将移动端系统与网络相连

例如无线局域网，广域无线接入网

• DSL带宽是专用的而不是共享的。（点对点连接）
• HFC的一个重要特征是它共享广播媒体。
• 在下行HFC信道中，有可能发生冲突吗？为什么？
• 不会，因为在下行HFC信道中，所有的分组都来自一个头端（同源）。
• 以太网的运行速率是100Mbps或1Gbps（甚至10Gbps）
• 能够运行以太网的物理媒体是什么？What are some of physical media that Ethernet can run over?
• 双绞铜线（Twisted-pair copper wire）或同轴电缆（Coaxial cable），还有光纤链路（Fiber optics）
• 通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法
• 电路交换 circuit switching
• 分组交换 packet switching
• 电路交换
• FDM 频分多路复用 Frequency-Division Multiplexing
  该链路在连接期间为每条连接专用一个频段。
• TDM 时分多路复用 Time-Division Multiplexing
  时间片划分专用——时间被划分成固定区间的帧，并且每一帧被划分为固定数量的时隙。这些时隙专门由连接单独使用，一个时隙可用于传输该连接的数据。
• 电路交换效率低，因为在静默期（silent period）专用电路空闲。
• 分组交换
• 输入端机制：存储转发传输（store-and-forward transmission）

存储转发传输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之前，必须接收到整个分组。

• 分组交换由于其到端时延是不可预测的，所以不适合实时服务。

• 分组交换提供了比电路交换更好的带宽共享；他比电路交换更简单，更有效，实现成本更低。

• ISP Internet service provider 互联网服务提供商

  在公共因特网中，位于因特网边缘的接入网络通过分层的ISP层次结构与因特网的其他部分相连，接入ISP位于该层次的底部。该层次结构的最顶层是数量相对较少的第一层ISP。
  第一次ISP也有链路和路由器，并与其他网络相连。链路速度通常大于等于622Mbps，对于大型第一层ISP，其链路速率范围是2.5~10Gbps，相应的其路由器也必须能够以极高的速率转发分组。
  第一层ISP又称因特网主干（Internet backbone）

  • 第一层ISP特性：
    • 直接与其他每个第一层ISP相连
    • Directly connected to each of the other tier-1 ISPs
    • 与大量的第二层ISP和其他用户客户网络相连
    • Connected to a large number of tier-2 ISPs and other customer networks
    • 覆盖国际区域
    • International in coverage
  • 第二层ISP通常具有区域性或国家性覆盖规模，并且仅与少数第一层ISP相连接。为了到达全球因特网的大部分区域，第二层ISP需要引导流量通过它所连接的第一层ISP。
  • 第二层ISP被称为是它所连接的第一层ISP的客户，第一层ISP相对该客户而言是提供商。
  • 接入ISP是该层次结构的最底部。
  • 当两个ISP彼此直接相连时，它们被称为彼此时对等的 （peer）。
  • 在一个ISP网络中，某ISP与其他ISP的连接点被称为到汇集点（Point of Presence, POP）
  • 用户和内容提供商时较低层ISP的客户，较低层ISP是较高层ISP的客户。（Users and content providers are customers of lower-tier ISPs, and lower-tier ISPs are customers of higher-tier ISPs.）

• 第一层ISP和第二层ISP的关键差异是什么？What is the key distinguishing difference between a tier-1 ISP and tier-2 ISP?

  • 第一层ISP可以和所有其他的第一层ISP相连，第二层只能和少数的第一层ISP相连，并且第二层是第一层的客户，第一层是第二层的提供商。
  • Tier-1 ISP can connect to all of the other tier-1 ISPs, tier-2 ISP can only connect to some of the other tier-1 ISPs. Otherwise, tier-2 ISP is the customers of tier-1 ISP, tier-1 ISP is the provider of tier-2 ISP.

• 分组交换中的时延

  • 时延类型

    • 节点处理时延 nodal processing delay

      检查分组首部和决定将该分组导向何处所需要的时间是处理时延的一部分，除此之外，还需要检查比特级差错。高速路由器的处理时延通常是微秒或更低的数量级。

    • 排队时延 queuing delay

      在队列中，当分组在链路上等待传输时，产生排队时延。影响排队时延的因素有：到达该队列的流量强度和性值。实际的排队时延通常在毫秒到微秒级。

    • 传输时延 transmission delay

      书上讲的很复杂，其实就是传输距离/传输速度，得到的时传输时间。这个时间就是将所有的比特推向链路所需要的时间。实际的传输时延通常在毫秒到微秒级

    • 传播时延 propagation delay

      当一个比特被推进链路后，该比特需要向路由器B传播。从该链路的起点到路由器B传播所需要的时间时传播时延。

    • 节点总时延 total nodal delay = 以上所有时延的累加和

    传播时延和传输时延的区别在于：传输时延是比特被推入链路的时间，只与分组长度和传输速率相关；传播时延是比特从链路到路由器的时间，至于两台路由器之间的距离有关。

    • 除了以上延时，还有调制/编码时延 modulation/encoding delay，其量级在几十毫秒。

• 由于队列容量有限，在队列满了以后，路由器会丢弃队尾若干分组，这种情况称之为丢包（Packet loss）。

• 瞬时吞吐量 instantaneous throughput

• 平均吞吐量 average throughput

• 协议分层 Layered Architecture

  • 应用层

    应用层是网络应用程序及其应用层协议存留的地方。
    应用层协议分布在多个端系统上，一个端系统中的应用程序使用协议与另一个端系统中的应用程序交换信息分组。我们将这种位于应用层的信息分组称为报文。

    • HTTP（为web文档提供了请求和传送）
    • SMTP（提供了电子邮件报文的传输）
    • FTP（提供两个端系统之间的文件传送）

  • 运输层

    运输层提供了在应用程序端点之间传送应用报文的服务。

    • TCP:向它的应用程序提供了面向连接的服务，这种服务包括了应用层报文向目的地取得确保传递和流量控制（即发送方和接收方的速率匹配）。并将长报文划分为短报文，并提供拥塞控制机制。
    • UDP：向它的应用程序提供无连接服务。这是一种不提供不必要的服务的服务，不提供可靠性，没有流量控制，也没有拥塞控制。

  • 将运输层分组称为报文段。（Segment）

  • 网络层

    因特网的网络层负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。源主机中的因特网运输层协议（TCP/UDP）向网络层递交运输层报文段和目的地址。

    • IP协议：定义了数据报中的各个字段以及端系统和路由器如何作用于这些字段。仅有一个IP协议，所有具有网络层的因特网组件都必须运行IP协议
    • 选路协议：数据报根据该路由从源传输到目的地。

  • 链路层

    为了将分组从一个节点移动到路径的下一个节点，网络层必须依靠链路层的服务。特别是在每个节点，网络层将数据报传给链路层，链路层沿着路径将数据报传递给下一个节点。在下一个节点，链路层将数据报上传给网络层。我们将链路层分组称为帧。链路层的任务是将整个帧从一个网络元素移动到邻近的网络元素。

    • 以太网、wifi、点对点协议（PPP）。

  • 物理层

    • 物理层的任务是将每一帧中的一个一个比特从一个节点移动到下一个节点。该层中的协议与链路相关，并与链路的实际传输媒体（双绞铜线，单模光纤）有关。

• 应用层报文和运输层首部信息共同构成了运输层报文段 transport-layer segment。运输层报文段封装了应用层报文。

  附加的信息包括：

  • 允许接收端运输层向上向适当的应用程序交付报文的信息
  • 差错检测比特信息，利用该信息接收方能够判断报文中的比特是否在途中以及被改变。

• 运输层向网络层传递报文段，网络层增加了源和目的端系统地址等网络层首部信息，形成了网络层数据报 network-layer datagram

• 链路层增加自己的链路层首部信息并创建了链路层帧 link-layer frame

• 每一层分组具有两种类型的字段：首部字段和有效载荷字段 payload field

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CH2. Application Layer

第二章 应用层

相关问题及知识点总结：

• 网络应用程序体系结构 application architecture

  • 客户机/服务器体系结构 C/S

  有一个总是打开的主机作为服务器，他服务来自于许多其他称为客户机的主机请求。客户机不是一直打开的。
  特征：服务器是有具体固定的地址—IP地址
  在客户机/服务器体系结构中，常用主机群集称为 服务器场 server farm 创建的强大的虚拟服务器。基于客户机/服务器体系结构的应用服务通常是 基础设施密集 infrastructure intensive 的，因为它们还要求服务提供商购买，安装，维护服务器场。成本较高。

• P2P体系结构 对等方

对总是打开的基础服务器有最小的依赖。任意间断连接的主机称为对等方，之间相互通信，对等方并不为服务提供商所有，属于用户自己。
这种对等方通信不必通过专门的服务器，所以该体系结构被称为对等方到对等方。目前大多数的流量密集型应用程序都是P2P体系结构的，包括文件分发，文件搜索。
特点：自扩展性 self-scalability

• 进程通信

  此处只关注在不同端系统上的进程通信。
  不同端系统上的进程通过跨越计算机网络交换报文（message）进行通信。发送创建进程的时候携带报文，但是接收进程方接收报文后并不负责返回报文。

• 客户机和服务器进程，对每对进程通信，我们通常将这两个进程之一标示为客户机，另一个进程标示为服务器。在WEB中，浏览器示一个客户机进程，web服务器示一个服务器进程。

  在给定的一对进程之间的通信会话中，发起通信的进程被标示为客户机，在会话开始时等待联系的进程时服务器。

• 进程与计算机网络之间的接口

  • 多数应用程序由通信进程对组成，每队中的两个进程相互发送报文，从一个进程向另一个进程发送的报文必须通过下面的网络。进程通过一个称为套接字（socket）的软件接口在网络上发送和接收报文。

    套接字是同一台主机内应用层与运输层之间的接口。由于该套接字是在网络上建立网络应用程序的可编程接口，因此也将套接字称为应用程序和网络之间的应用程序编程接口（Application Programming Interface, API）。
    应用程序开发者可以控制套接字在应用层端的所有东西，但是对该套接字的运输层端几乎没有控制。应用程序开发者对于运输层的控制仅限于：1.选择运输层协议；2.可能设定几个参数。

• 可供应用程序使用的运输服务。

  • 可靠数据传输 reliable data transfer

    当一个运输层协议提供这种服务的时候，发送进程只要将其数据传递到套接字，就可以信赖该数据可以无差错地将其送到接收进程。

  • 吞吐量

    发送进程能够向接受进程交付比特的速率。

  • 定时

  • 安全性

• 因特网提供的运输服务

  • TCP服务
    • TCP服务模型包括面向连接服务和可靠数据传输服务。

    面向连接服务