什么是protocol分层，垂直service？？计算机网络详解【计算机网络养成】

Java学习二阶段（打卡第40天)

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计算机网络第一章的收尾工作，分组延时，丢包，吞吐量，协议层次和服务模型

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计算机网络的学习这里是自我进行的额外学习，之后如果再次学习课程，会直接在该专栏进行知识的补充，之前对于分组交换我们已经了解到排队和延时，但是对于更深层次的东西还没有了解过

分组交换就是使用了延迟和丢包来换取了共享性

分组丢失和延时

发生原因

之前分析过，在路由器缓冲区的分组队列，分组到达链路速率超过了链路输出的能力，分组等待排到队列，被传输，这里一旦缓冲区满，之后的数据包就会被放弃造成丢包，排队则是因为速率问题，前一个分组没有发送完，那么下一个来的分组只能在缓冲区排队，队列也不能太长，因为延迟过大就是去了意义，数据就没有价值了。

四种分组延时

节点处理延迟

检查bit有无差错，检查分组中的导向信息决定导向何处，对某些字段进行处理，提取IP查路由表

排队延迟

因为排队是需要时间的，这个时间就是排队延迟【在输出链路上等待传输的时间】—取决与当前路由器的拥塞程度

流量强度 I = L*a/R ，在0和1之间，0就是比较轻的程度，0到1之间排队延迟趋向于无穷大，流量强度为1就会产生大量丢包

I = 0，没有排队延迟 ， 所以之气的分组交换计算人数时，10的时候流量强度为1，舍去

传输延时 Transmission

R = 链路带宽（bps）， L = (分组长度)有多少个bit ，将分组从路由器缓冲区上载到链路的时间为 L/R，存储转发的延时【分组到达路由器也要存储到缓冲区，需要时间】

传播延时 Propagation

距离如果非常近就可以忽略传播的延时，非常远就不能忽略，比如地球同步轨道卫星，不断经过很多hop跳，段，到达目标

d = 物理链路的长度

s = 在媒体上的传播速度 （~2*10e8 m/sec）

传播延时 = d/s

Note，s and R are very different quantities! R是链路的带宽，

这里以车队来类比一下transmission和propagation

汽车以100km/h的速度传播，收费站服务每辆车需要12s【进行处理，将bit打出】

汽车—bit，车队—分组；在车队到达第二个收费站需要多长的时间，这里最后一辆车离开收费站所消耗的时间就是传输延迟，车队在两个收费站之间所耗费的时间就是传播延迟，广域网WAN【距离长】

如果传播速度快，比如车速非常快，那么就可能整个分组还没有传输完成，第一辆车（bit）就应景到达了第二个节点 这就是因为信道容量小的情况，就是局域网LAN【距离短，可忽略】

在start节点到target节点之间每一个节点都会经历这几个延迟，因为要经过很多hops才能到达目标节点

使用cmd命令tracert 和 tracerert 来检查延迟

可以通过Tranceroute命令诊断程序，提供源端，经过路由器，到达目的地的延时测量，tracert【路径跟踪程序】

方法是沿着路径，发送3个探测分组，路由器向发送方返回一个分组，发送方队发送与回复进行⏲

利用到ICMP协议，互联网数据报协议，其中包含一个message，之间有个字段，IP的head和body，ip的body字段前方有个TTL字段（生存时间），每经过一个节点都会减1，【最开始为1个有限值】，把TTL设置为1，到达第一个路由器就减为0，然后通过ICMP将消息返回，告诉哪个IP干掉了报文，同时⏲，就可以检测出延时，到达目标的时候就结束，目标端口不可达的消息，简单说就是通过ICMP协议的TTL递增的方式，检测出延迟

这里和大家示范一下命令的使用，首先WIN+ R，进入cmd命令窗口

之后键入命令 tracert + 目标地址（网站）这里我键入的是youtube.com

youtube为美国网站，到后面的传播的延迟过大，还有其他的各种原因，就超时了

分组丢失

链路的队列缓冲区容量有限，当分组到达一个满的队列时，该分组将会丢失，丢失的分组可能会被前一个节点或者源端系统重传或者不重传，数据链路层可靠与不可靠和物理链路层有关，比如WIFI无线传输，所以不可靠，亡羊补牢就可靠

吞吐量（有效的数据量）

在源端与目标端之间传输的速率（数据量/单位时间） ，link capacity有效吞吐量取决于最小的bps

瞬间吞吐量 ： 在一个时间点的吞吐量

平均吞吐量：在一段时间的吞吐量的平均值

瓶颈链路：端到端路径上，限制端到端吞吐的链路【最小的带宽】

互联网通信中，AB之间进行通信时要经过网络核心中的某一条链路，但通过的分组交换的方式，不像线路交换直接划分了带宽为piece，因为链路是共享的，会有多个host对使用该条link，那么这里其真实获得的带宽为1/n， 那么最小的带宽就是AB之间的瓶颈链路，限制了AB的吞吐量

协议层次

网络是一个复杂的系统

网络的功能复杂，数字信号的物理信号承载、点到点，hop，路由，rdt，进程区分，应用等内容。现实来看，网络有许多构成元素和设备

主机，路由器，各种media的链路，应用，协议，硬件，软件，那么问题来了：如何组织和实现复杂的网络功能？

这里采用的是分层的方法来组织网络的功能，【模块化的方式】，只能紧相邻的两个模块才能调用，底层的结构通过接口向上层模块提供功能，一层调用一层，最终实现复杂的功能

这里为理解层次化，举一个例子

两个异地的语言不同的哲学家交流

这里设计3层，秘书层为底层，解决异地通讯的问题，翻译层位第2层，解决翻译的问题，哲学家层为最高层，要想实现交流，就需要依次通过底层来实现功能，一个哲学家就从上层到下层来转码然后传播，到目标秘书后，再从下到上转码形成交流【所商量的统一语言，和通讯方式都是相同的

还有战争组织，高级将官需要下一级的官员提供的服务实现对等军官的交流Service，同时可以实现新的功能。包括下层的所有功能，并且形成了新的功能

这个虽然要麻烦一些，但是可复用性很高。上层模块可使用下层的功能

对等层的实体通过协议实现PDU的交换，要借助下层的功能，每一层实现明确的功能，通过接口向上层提供更好的服务。协议是对等关系，通过interface调用下一层的功能。直到物理层就是直接发送bit的电磁波信号，光信号。

协议是对等的关系，服务service是垂直的关系

之前所使用的socket　API 就是传输层向应用层所提供的接口，可以完成进程的交互

• 服务service就是低层实体向上层提供它们之间通信的能力， service user ；service provider

• 原语 primitive 上层使用下层服务的形式，高层使用底层所提供的服务，以及底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　－－－－比如之前的套接字接口中的方法就是primitive

• 服务访问点SAP，（service access point),上层使用下层提供的服务通过的接口 ---- 地点　；告诉服务用户到底要给谁使用服务。address，到底再哪个地方提供服务，【确定位置】

服务的类型

面向连接的服务

这里之前已经提到过依次了，面向连接的服务就是两个end system 通讯的时候，要先握手，建立好连接关系，之后再进行数据的交互，这里需要和有连接的服务区分，面向连接只是约束了end system，并不要求网络核心中的中转节点形成连接

无连接的服务

Connectionless Service ，两个对等层的协议实体在通信中不许哎哟建立一个连接，不需要握手，不需要通信双方都是活跃的【比如寄信】

特点就是不可靠，可能重复或者失序—分组交换不同分组的路径可能不一样，由于网络拥塞导致失序和丢失

服务的类型 请求问答与信息查询，还有自媒体的服务

协议protocol与服务service

协议是对等的，就是对等层的实体peer entity之间在互相通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平

服务则是垂直的，就是下层的实体向上层实体提供它们之间通讯的能力，是primitive实现，使用SAP区分不同的使用该协议实体的service user

服务和协议的联系

本层协议的实现是需要通过下层的服务来实现的

本层的实体通过协议为上层提供更高级的服务

数据单元 data unit

应用进程要使用传输层的服务socket API 来实现通信（当然是TCP/IP的协议下）上层来的数据单元SDU，通过层间接口，加上第n层的头部，n-header，加上一些控制信息，形成本层的PDU，（协议数据单元），之后再向下层传输时，再次修饰形成PDU，可以在对等层交换

上层的SDU时本层的PDU的组成部分，装载的方式为一对一，一对多，多对一，就是可以将一个SDU修饰为一个或者多个PDU，继续向下层传输

所以说分层的好处就是可修改性更好，底层采取的新技术对上层时透明的，便于修改

分层的问题比一下子实现 也有坏处----就是效率要第低一些，但是坏处低得多

各层次的协议数据单元PDU

• 应用层—报文message
• 传输层 – 报文段segment：TCP段，UDP数据报
• 网络层 — 分组packet（如果无连接，就是数据报datagram）
• 数据链路层—帧frame
• 物理层 — 位bit

Internet协议栈　－－－　分层

之前就说了互联网时分层的，那现在具体看一下具体分为那几个层次

• 应用层 ----网络应用

  • 为人类用户或者其他应用进程提供服务
  • 该层的协议有FTP，SMTP,HTTP,DNS

• 传输层 – 主机之间进行数据的传输

  • 由网络层提供的通讯功能上，细分为进程到进程，将不可靠的通信变为可靠的通信
  • 该层的协议由TCP，UDP

• 网络层 ---- 为数据从源到目的地选择路由

  • 主机主机之间的通信，端到端通信，不可靠
  • 该层的协议有路由协议，IP

• 链路层：相邻网络节点之间进行数据传输

  • 两个相邻两点的通信，点到点通信，可靠或者不可靠
  • 点到点协议PPP,802,Ehernet wifi

• 物理层–在节点之间线路中进行bit传输

物理层就是最底层的传输，就是例子中的秘书，发送端的物理层将上层链路层下来的Frame信号转换为物理信号通过物理media进行传播，接收端的物理层将接受的信号从物理信号转化为01之类的计算机信号交给上层；物理层传输的是一个个bit，而链路层就是在节点间通过链路实现以frame帧为单位进行传输【识别物理层bit，开始字段和结束字段，中间就是一个帧】，一堆bit就是要进行识别【相邻两点】，网络层在链路层提供的点到点的功能的基础上，以分组为方式，实现网络中端到端的数据传输，主机到主机； 传输层借助主机到主机的服务，一个主机有很多进程，使用端口服务区分进程，实现进程到进程的服务，还有就是加强可靠性

就是一个封装和解封装的过程

ISO/OSI参考模型【7重天】

互联网协议栈多了两层，在应用层和传输层之间，互联网协议栈就是应用层完成所有的功能

表示层— 允许应用解释传输的数据，加密，压缩，机器的相关表示转换

会话层—数据交换的同步，检查点，恢复

之前的DU时就说过将上层的SDU经过修饰加上header封装，到达终点时要进行一个大的解封装，但是在中间的路由器也要进行3层的解封装和封装

路由器上面有许多网卡，每个网卡携带DL和PH两层，PH层接收到物理信号转化为bit，DL再将bit识别header解析为帧，网络层再解析，找到目标IP，之后选择另外的中转网卡，再次进行封装，发送bit物理信号，两层设备【交换机】就是一个两层的解封装和封装。

之后的关于Internet的历史还有归纳就放在明天再分享了，内容还要消化消化~~