【重拾网络】基本概念

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title: 【重拾网络】基本概念
date: 2017-07-19 23:25:03
tags:

• 网络
  categories: 网络

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Netty 还没看几页就碰到 TCP 接收滑块的问题。隐约记得传输层协议学习的时候看过，但也忘的七七八八的了。毕业两年网络相关的知识也差不多丢完了（就好像自己以前会一样），从本文开始回顾一下网络知识。目标至少网络层以上的主要协议大致过程要清楚，尤其是 Web 开发常见协议，总结的顺序依据《计算机网络——自顶向下学习方法》。

网络构成

网络边缘

• 主机
• 网络应用，模型
  • C/S
  • P2P

接入网络

• 目的：将网络边缘接入网络核心（边缘路由器）
• 物理介质：有线、无线通信链路

• 分类：家庭、机构、移动
• 关心主题：带宽、独占 / 共享

DSL

• 利用电话线
• 频分多路复用
  • 0 ~ 4HKZ：电话
  • 4KHZ ~ 50KHZ：上行
  • 50KHZ ~ 1MHZ：下行
• 带宽：上行 < 2.5 或 1 Mbps, 下行 > 24 或 10 Mbps
• 独占

电缆

• 电视网络
• 频分多路复用
• HFC：混合光纤同轴电缆
• 带宽：上行 2Mbps，下行 20Mbps
• 共享

以太网

• 机构使用
• 带宽：10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps

无线接入

• 共享无线网络
• 无线局域网：802.11 b/g, 11Mbps, 50Mbps
• 广域无线接入

网络核心

目的：数据交换，从源主机通过核心网络送到目的主机

互联

• 路由：确定分组从源主机到目的主机的传输路径
• 转发：将分组从路由器输入端口交换至正确的输出端口

结构

网络的网络——Internet

• 端系统通过接入 ISP 连接到 Internet
• ISP 必须进一步互联，构成复杂网络

ISP 互联方式：

1. 直接彼此互联

   需要 N * (N-1) / 2 条连接

2. 每个接入 ISP 连接到一个国家/全球ISP

   引入交换设备简化了方式 1，问题：1. 距离；规模：瓶颈，端口

3. 在方式 2 基础引入竞争者——二级，三级 ISP

   引入交换网络，解决连通性、网络规模问题

4. 引入区域 ISP，连接端系统和接入 ISP

5. 内容提供网络

数据交换

• 交换含义：
  1. 动态转义
  2. 动态分配传输资源
• 数据交换方式：电路、报文、分组

多路复用技术

• 链路/网络资源划分为资源片
• 将资源片分配给各路呼叫
• 每路呼叫独占分配到的资源进行通信
• 资源可被闲置
• 分配
  • 频分复用 FDM，有先电视网络，占用不同频带
  • 时分复用 TDM，占用不同时间片
  • 波分复用 WDM，光的频分复用
  • 码分复用 CDM，无线链路共享

交换技术

电路交换

• 典型：电话网络
• 过程：
  1. 建立连接
  2. 通信
  3. 释放连接
• 特点：独占资源
• 中继线共享——多路复用

报文交换

源（应用）发送信息整体，典型：电报

分组交换

分组：报文拆分出来的较小的数据包

过程：报文拆分、重复

额外开销：1. 拆分，重组；2. 头信息

报文、分组交换异同

• 同：过程都是存储-转发
• 异：交换过程是否查分数据

分组、电路交换特点

• 分组不独占，电路独占资源
• 分组更适合突发数据传输网络
• 分组特点：
  • 无需呼叫建立
  • 资源充分共享
  • 可能产生拥塞：分组延迟，丢失

分组、报文耗时比较

发送 M bits 的报文，链路带宽为 R bps，分组长 L bits，跳步数 h，路由器数 n。（n = h -1）

报文：M / R * h

报文：(M / R) + (h -1) * L / R -> M / R + nL / R

分组交换时延 & 丢包 & 吞吐量

• 时延：结点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延

• 流量强度

  流量强度：分组 * 分组到达平均速率 / 传输速率

  流量强度 > 1：表示比特到达平均速率超过队列传输出去速率，队列趋于无界增加，排队时延趋于无穷大

• 丢包：到达的分组排满一个队列后，路由器将丢弃分组

• 吞吐量：取决于数据流过的链路的传输速率，近似为沿着源和目的地之间路径的最小传输速率

网络分层

TCP/IP 五层模型

协议	主要作用	关注点	常见协议	协议数据单位	物理设备
应用层	为应用程序提供网络传输接口	进程如何通信	HTTP, DNS	PDU
传输层	负责将上层数据分段并提供端到端的传输	端到端的差错控制和流量控制	TCP, UDP	segment
网络层	网络地址翻译成对应的物理地 ，解决如何将数据从发送方路由到接收方	对子网间的数据包进行路由选择，实现拥塞控制、网际互连等功能	ARP, IP	packet	路由器
连接层	控制网络层与物理层之间的通信，在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。	物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等		frame	交换机，网桥
物理层	为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体	规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性		bit	集线器，中继器

为什么强调五层呢？因为还有个 TCP/IP 四层协议把链路层和物理层合并了，统称为网络接口层

OSI 模型

实际上 TCP/IP 模型是从 OSI 模型演化来的。学院派先搞出的 OSI 模型，工业使用了更简化的 TCP/IP 协议。

具体表现是 TCP/IP 协议把 OSI 的应用层、表示层、会话层合同为应用层。

分层的过程：

1. 发送方应用程序的数据总是从最上层开始，层层向下，最终经由物理层发送出去
2. 接收方的物理层接收到数据后，层层向上，最终经由应用层分发到具体的应用程序进程中
3. 在数据层层向下的过程中，每一层都会对数据进行一些封装处理（如打包或者编码）
4. 在数据层层向上的过程中，每一层都会对数据进行一些逆处理（如解包或者解码）