计算机网络：自顶向下 第一章笔记

因特网的两种描述方法：
1.根据硬件和软件组件描述：主机(端系统)通过通信链路和分组交换机连接到一起，遵守一定协议以分组的形式相互传递数据。
2.服务描述：各种涉及多台相互交换数据的端系统的应用程序通过因特网提供给每台端系统的应用编程接口(API)完成不同端系统的数据交换，以完成该应用程序的运行。即因特网是为应用程序提供服务的基础设施。

网络协议概述：
在因特网中，凡是涉及两个或多个远程通信实体的所有活动都受协议的制约。
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，以及报文发送和接收一条报文或其他事件所采取的动作。

家庭接入因特网：DSL，电缆，FTTH，拨号卫星
1.DSL：
当使用DSL时，用户的本地电话公司是他的ISP(因特网服务提供商)。端系统的网络信号通过家庭的DSL调制解调器将数字信号转换为高频音，再通过电话线传输给本地中心局的DSLAM，然后由DSLAM将高频音转换回数字信号送入因特网。接收信息时同理。
家庭电话线同时承载了网络信号和电话信号

• 高速下行信道，位于50kHz到1MHz频段，24Mbps传输速率；
• 中速上行信道，位于4kHz到50kHz频段，2.5Mbps传输速率；
• 电话信道，位于0到4kHz频段；

实际传输速率比这个小，因为dps供应商根据收费对不同用户进行不同的限速。

2.电缆：
电缆因特网接入利用了有线电视公司的基础设施。光缆将电缆头端连接到地区枢纽（光纤节点），从这里使用传统的同轴电缆到达家庭，这个系统称为混合光纤同轴。
混合光纤同轴中，用电缆调制解调器代替DSL中的DSL调制解调器，而电缆调制解调器端接系统起到与DSLAM类似的功能。该方法下行速率为42.8Mbps，上行速率为30.7Mbps。同DSL，可能因为公司限速和外界损伤达不到最大速率。

3.FTTH(光纤到户)
由中心局拉出一条光纤到地区的光纤分配器，光纤分配器用光纤连接到每个家庭。中心局用OLT实现光信号和电信号之间的转换，而用户用ONT完成这个操作。

企业(和家庭)接入:以太网和wifi
在公司或大学和一些家庭中，通常是通过局域网(LAN)将端用户连接到边缘服务器。
1.以太网
用户通过双铰铜线与以太网交换机相连，以太网交换机再与更大的因特网相连。以太网实际上是有线的局域网。
2.wifi
wifi是无线的局域网。用户从一个接入点接收或发送分组。该接入点与企业网连接(可能包括以太网)，该企业网再与因特网相连。

数据传输：分组交换
在各种网络应用中，端系统彼此交换报文。为了传输报文，源将长报文划分为较小的数据块，称之为分组。在源和目的之间，每个分组都通过通信链路和分组交换机(路由器和链路层交换机)传输。如果某源端系统或分组交换机经过一条链路发送一个L比特的分组，链路的传输速率为R比特/秒，则传输该分组的时间为L/R秒。
1.储存转发传输：
交换机能够开始想输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接受到整个分组。P个分组经过N条链路序列的时延d=NLP/R
2.排队时延和分组丢失：
每个分组交换机有多条链路与之相连，对于每条相连的链路，该分组交换机都有一个输出缓存(输出队列)，用于储存路由器准备发往那条链路的分组。当一个分组到达，但是发现该链路正忙着传输其他分组，则到达分组必须在输出缓存中等待。且因为输出缓存空间是有限的，当一个到达的分组发现该缓存已经被其他等待传输的分组充满了，就会发生丢包现象。
3.转发表和路由选择协议
在因特网中，每个端系统具有一个称为IP地址的地址。当源主机发送一个分组时，会在该分组的首部包含一个目的地的IP地址。当一个分组到达网络中的路由器时，路由器检查该地址的一部分，根据转发表将地址映射成输出链路然后导出。转发表是根据因特网的一些特殊的路由选择协议自动设置的。

数据传输：电路交换
在电路交换网络中，预留了端系统间通信沿路所需要的资源。在数据传输前，将在发送方和接收方之间建立一条连接(电路)。此时路径上的交换机都将为该电路维护连接状态。若一条链路最多能维持n条电路，则每条电路将获得链路带宽的1/n。
1.电路交换网络中的复用：
频分复用：链路的频谱被分为n个频段，每个电路被分配到一个专用的频段。
时分复用：时间呗划分为固定区间的帧，每帧又被划分为固定数量的时隙。当创建一条连接时，网络在每个帧中为该连接专门分配一个时隙使用。
2.分组交换与电路交换的对比：
电路交换因为在静默期专用电路空闲而效率较低。
分组交换因为端到端的时延是可变的和不可预测的，所以不适合实时服务。但是分组交换提供了比电路交换更好的带宽共享并且成本更低。
目前趋势是朝着分组交换方向发展。

网络的网络
因特网由十多个第一层ISP和数十万个较低层ISP组成，不同ISP覆盖不同的区域。较低层的ISP和叫高层的ISP相连，较高层ISP彼此互联。位于相同的等级结构的临近一对ISP能够对等，即直接传输数据不收取费用。同时第三方公司也会提供因特网交换点(IXP)，作为各种ISP的汇集点。用户和内容提供商是较低层ISP的客户，较低层ISP是较高层ISP的客户。近年来，主要的内容提供商已经开始创建自己的网络，直接在可能的地方与较低层ISP互联。

分组交换网中的时延
1.处理时延：检查分组首部和决定将分组导向何处所需要的时间，还有其他因素，如检查上游节点将分组比特的过程中出现的差错。
2.排队时延：分组在链路上等待传输的时间。
3.传输时延：将所有分组的比特推（传输）向链路所需要的时间。
4.传播时延：从链路的起点到下一个路由器的时间，取决于链路的物理媒体和链路长度。

计算机网络中的吞吐量
主机接收文件的速率是瞬时吞吐量。
在不考虑分组层次和协议的情况下，一个网络的吞吐量是瓶颈链路的传输速率，即取决于该网络中传输速率最慢的一条链路。由于目前因特网的核心过度装配了高速率的链路，所以因特网中对吞吐量的限制因素通常是接入网。但是若公共链路是跟接入网一个级别的，同时又有很多用户共享这条链路的传输速率，那么公共链路可能也会影响吞吐量。

网络协议分层
网络设计者以分层的形式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。
运输层和应用层的协议通常是在端系统中用软件实现的。而物理层和数据链路层通常是实现在与给定链路相联系的网络接口卡中。网络层通常是软件与硬件的结合体。
因特网协议栈的五大层次：应用层，运输层，网络层，链路层，物理层。
1.应用层：应用层是网络应用程序即他们的应用层协议存留的地方。应用层协议如：HTTP(web文档的请求和传送)，SMTP(电子邮件报文的传输)，FTP(两个端系统之间文件的传送)等。某些网络功能如将端系统名字转换为32比特网络地址，也是借助特定的应用层协议完成的。位于应用层的信息分组成为报文。
2.运输层：运输层在应用程序端点之间传送应用层报文。有两个协议：TCP和UDP。运输层分组成为报文段。
3.网络层：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。运输层向网络层递交运输层报文段和目的地址。具有IP协议(定义了在数据报中的各个字段以及端系统和路由器图和作用于这些字段)和路由选择协议。
4.链路层：在每个节点，网络层将数据下传给链路层，链路层沿着路径将数据报传递给下个节点。。在下个节点，链路层将数据报上传给网络层。每个链路都有特定链路层协议，网络层将受到来自每个不同的链路层协议的不同服务。链路层分组称为帧。

OSI模型
比因特网协议栈多了两个层，表示层和会话层。
表示层：使通信的应用程序能够解释交换数据的含义。包括数据压缩，数据加密和数据描述。
会话层：提供了数据交换定界和同步功能，包括建立检查点和恢复方案的方法。

封装：
一个应用层报文经过发送端系统的协议栈向下，每经过一层都会进行封装，最后通过物理层传输。而分组交换机不实现协议栈中的所有层次。
在每一层，一个分组具有两种类型的字段：首部字段和有效载荷字段。有效载荷字段通常是来自上一层的分组。