计算机网络详细讲解-----核心，边缘；datagram，virtual circuit【计算机网络养成】

计算机网络养成

计算机网络（打卡第38天)

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今天接着昨天的Internet介绍继续讲解chapter 1的内容

之前说过网络可以按照构成分为节点和链路，可以按照通信分为分布式应用和基础设施；其实还可以按照网络结构来划分，按照网络结构划分为3个子系统—边缘，核心，接入

• 网络边缘Edge：主机系统，主机，分布式应用程序（客户端和服务器）----- Edge 到 Core就是Access链路
• 网络核心Core：互联着的路由器，网络的网络 ，---- 所以这种链路 为 backdone链路（主干链路），可以复用，不是每一个边缘主机系统都要直接连接
• 接入网、物理媒体： 有线或者无线通信链路

Switch，可以把所有的网络核心看成一个数据交换器，是由许多数据小节点组成。作用就是完成源主机和目标主机的数据交换

网络边缘

分布式应用-----端系统、主机 end system host. 运行的应用程序，在网络的边缘

应用进程和应用进程联系的模式

客户/服务器模式 C/S架构

所有的资源在服务器，服务器先运行，主从模式 ， 这种模式有有点问题，如果服务器下的客户端太多了，一个服务器就运转不过来，那现在就要扩展，多态服务器形成一个服务器农场，farm，继续为更多用户提供服务，但是这个是有阈值的，达到阈值之后，处理能力就断崖式下降

对等模式（peer–peer）模式

P to P，很少（甚至没有）服务器，每一个end system在交互的时候，即可以是服务器，也可以是客户端，在文件分发中使用较多，比如迅雷，普通的FTP是普通的C/S，存在扩展性的问题

这里也就可以来解释一下为什么迅雷下载快，因为对等模式，所以服务器不是固定的，而是分布式的，所以可以从这台host上下载第一个安装块，从那台host下载另外的，而不是如C/S只能从一个hsot下载，同时下载，带宽聚集，效率提高

网络边缘，采用网络设施的面向连接服务

注意：面向连接和有连接是不一样的， 面向连接就是端系统之间知道，但是中间的基础设施，路径结点不知道；有连接不仅端系统知道，中间的基础设施也要知道，并且维护两者之间的连接

目标：

在端系统之间传输数据

握手：

在数据传输之前做好准备

• 人类协议中，你好，你好，打招呼确定可以说话再询问
• 两个通信主机之间为连接建立状态 ----- TCP面向连接

TCP–传输控制协议【传输层】 Transmission Control Protocol

• Internet上面向连接的服务 — 加载的实体

TCP服务（PFC7931)

• 可靠地，按顺序地传送数据【确认和重传】 — 原原本本

• 流量控制【发送方不会淹没接受方】

• 拥塞控制【当网络拥塞时，发送发降低发送速率】

需要注意的是，上层的可靠，下层的IP，将语言编码，变为物理信号，在网卡之间传输，之后再反编码，是容易受到干扰的，TCP就是靠协议让不可靠变得可靠，采取各种方式，就是上面的几个特性。

网络边缘：采用基础设施的无连接服务

不需要握手，直接就发送数据，非常适合网络多媒体应用，实时都会产生数据，不会受到流量和拥塞的控制；还有就是需要进行的事务少，就不需要TCP，本末倒置

目标：

在端系统之间传输数据 【无连接服务】

UDP-用户数据报协议 User Datagram protocol [RFC 768]

• 无连接
• 不可靠数据传输
• 无流量控制
• 无拥塞控制

使用TCP的应用—可靠

HTTP(Web) ，FTP（文件传输 ） Telnet(远程登录) SMTP

使用UDP的应用–效率高

流媒体、远程会议、DNS、Internet电话----实时

网络核心

最主要的功能：数据交换 — 两种实现方式

网络核心含义：

就是路由器的网状网络

两种交换方式

电路交换 socket switch

端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫“call”

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kH792Tcu-1634898707473)(C:\Users\OMEY-PC\Desktop\电路交换.PNG)]

靠信令系统，图中每段链路都有4条线路，显示呼叫采取了第二个线路，右边链路的第二个线路【piece】

• 独享资源，不共享：每一个呼叫一旦建立起来就能保证性能

• 如果呼叫没有数据发送，被分配的资源就会造成浪费【no sharing】

• 为每个呼叫预留一条专有电路：如电话网：要建立其一个连接

分配的线路都是独享的，为两者通信使用，所以就算没有数据传输，也会占用线路，比如打电话，两者都不说话，但是还是会收电话费，这条通信线路一直被占据

• 为呼叫预留端–端资源 链路带宽，交换能力；专有资源不共享，保证性能，所以打电话有信号就不存在网络卡顿之类的问题，因为独享，要求建立呼叫连接

网络资源（如带宽）分配成piece

为呼叫分配片，如果某个呼叫没有数据，则其资源片处于空闲状态（但是被占用，不共享）

将带宽分成片

• 频分 Frequency-division multiplexing FDM 按照频率划分
• 时分 Time-division multiplexing TDM 按照周期来分解，每个周期分为若干片
• 波分 Wave-division multiplexing WDM （光通信）光纤通讯，将结点间的光按照波段分为若干个piece
• CDMA 码分，主要用于接入网络

比如两个节点之间的带宽为1.536Mbps，按照时分分为24个时隙，那么每个片的效率就是带宽/时隙数；

1.536 /24 = 64kbps – -这才时一个用户真正能获得的为64kbps

简单问题

两台主机A,B之间进行文件传输，建立连接需要0.5s，文件大小为640kb，效率就上面的

画出时空图，传输完成就是10.5s才完成，但是B不是10.5s对方受到，有延迟，因为电磁波传播需要时间，如果局域网通信，时间短可以忽略，但是如果时广域网，就不能忽略

但是线路交换是不适合计算机之间的通信的

• 连接建立时间长【s一级的】
• 计算机之间的通信有突发性，如果使用线路交换，那么浪费的片就较多（就算是空闲状态，其他的呼叫也不能使用）
• 可靠性？ 交换机维护的关系非常多，但是核心结点宕机，就会造成很多end system无法使用

分组交换 packet switch

• 将要传送的数据分为一个个单位，分组

• 将分组从一个路由器传到相邻路由器（hop 跳跃）最终到达目标end system

• 每段：采用链路的最大传输能力

以分组为单位存储 - 转发

网络带宽资源不再分为一个一个piece，传输时使用全部带宽（只是共享，每个用户实际分到的就不死所有带宽了），主机之间的传输书记被分为一个个分组

资源共享，按需使用

存储-转发，分组每次移动-跳（hop）---- 在转发之前节点必须收到每个分组，延迟比线路交换大，【存储需要时间】线路交换每个段就耽误一个bit存储时间，而分组交换就要耽误整个资源存储的时间【排队延迟】，发送到某个方向的数据就需要排队，轮到的时候再发送，但是用传输时间换取了共享性和不需要建立连接

• 如果不存储，之间转发信息，那就又变成线路交换了，只是占用资源为整个带宽比如文件10个G，在传输时间内，整个线路被占用，其他的host不能用，如果存储了再传，那该链路某段就可以共享

• 被传输到下一个链路之前，整个分组必须到达路由器，并且存储–转发

• 在一个速率为Rbps的链路中，一个长度为L bits的分组存储转发的延迟为 ： L/R s

比如L = 7.5Mbits，R = 1.5Mbps，3次存储转发的延迟就是 3*（7.5/1.5） = 15s

发送和接收是一个事情的两个方面，所以算延迟就算一遍就可以了

排队延迟和丢失【排队延迟是随机的】

吐过到达速率 > 链路的输出速率 ； 那么分组将会排队，等待传输

如果路由器的缓存用完了【不能无限存储】，分组将会被抛弃----数据丢失

统计多路复用 — 特殊的TDM

前面的线路转换通过固定的方式比如TDM，PDM划分带宽为片，分组交换就是随机划分带宽，比如前一个时隙给A，后一个给B

分组交换允许更多的用户使用

定量分析

比如A–B之间有一条链路，带宽为1Mbpas，现在在节点A上接入有n个用户，每个用户多对应的数据为100kbps，但是活跃的时间 为 P = 0.1

• 使用线路交换，那么支持的用户数就是 1M/100k = 10 ，只能支持10个用户
• 使用分组交换

使用概率论来计算n个用户大于等于10个用户同时活跃的概率
$$P_{n>=10}=1-\sum _{n=0}^9(C_n^x{P}^n(1-P{)}^{x-n})$$
这里的上面为9，因为流量强度为1，所以不行为10，会崩

当将x代换为35的时候，P = 0.4%，所以支持35个用户在大部分时间都是可以的，有存储，可以排队，所以就可以

分组交换的方式应用越来越广泛，分组交换的方式按照网络层有没有连接分为两种

数据报方式【datagram】 ---- 无连接的

源主机发送的分组携带目标主机的完整地址，交换结点根据地址来直接转发，不需要握手，每一个结点都是独立的

但是每一个分组都独立路由（路径不一样，可能会失序）【因为是按顺序分组的】

路由器根据地址进行路由

虚电路（virtual circuit） ----- 有连接的【不仅是end system连接，中间节点也是要连接】

这里和上面TCP面向连接不一样，面向连接只是强调端系统是否连接，中间路由器是不需要维护的，而虚电路是有连接的，不仅end system连接，中间的路由器中转节点也需要连接。

主机与目标主机通信之前握手，然后在两end system间建立一条虚拟的电路，需要维护虚拟路径，每一个分组都会携带一个虚电路号，然后到达中转结点存储转发，不标识目标主机的完整地址

虚电路的建立依靠信令系统建立连接

关键功能

路由【找出路径】

决定分组采用的源到目标的路径

转发【查路由表选择端口转发】

将分组从路由器的输入链路转移到输出链路

也就是说网络核心分为线路交换和分组交换