网络复习-笔记01-计算机网络概述(1)

计算机网络

计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物。
定义：计算机网络就是互连的、自治的计算机集合。

• 自治：无主从关系
• 互连：互联互通

通过交换网络互连主机。交换网络：由交换节点组成（交换节点可以是路由器或交换机）

Internet：

全球最大的互联网路：ISP（Internet Service Provider）网络互连的“网络之网络”

• 数以百万计的互连的计算设备集合：主机（hosts）= 端系统（end systems），运行各种网络应用
• 通信链路：光纤、铜缆、无线电、卫星..
• 分组交换：转发分组（数据包）：路由器和交换机

网络协议

仅有硬件（主机、链路、路由器....）连接，internet不能顺畅运行，不能保证应用数据有序交付，还需要协议！
硬件（主机、路由器、通信链路等）是计算机网络的基础，计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则
协议是计算机网络有序运行的重要保证，计算机网络的所有通信过程都必须遵守某种/些规则——协议。

• 网络协议，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
• 协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的时间所采取的“动作”

协议的三要素

1. 语法(syntax)：

• 数据与控制信息的结构或格式
• 信号电平

2. 语义(semantics)：

• 需要发出何种控制信息
• 完成何种动作以及作出何种相应
• 差错控制

3. 时序(timing)：

• 事件顺序
• 速度匹配

协议是计算机网络的重要内容：

• 协议规范了网络中所有信息发送和接收的过程： e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11
• Internet协议标准：
  1.RFC：Request for Comments 2. IETF: 互联网工程任务组（Internet Engineering Task Force）

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计算机网络结构

• 网络边缘：主机、网络应用
• 接入网络、物理介质：有线或无线通信链路
• 网络核心： 1.互联的路由器（或分组转发设备）2. 网络之网络

网络边缘：

主机（端系统）：

• 位于“网络边缘”
• 运行网络应用程序：如：web, email

客户/服务器（client/server）应用模型：

• 客户发送请求，接收服务器响应
• 如：web应用，文件传输FTP应用。

对等（peer-peer， P2P）应用模型：

• 无（或不仅依赖）专用服务器
• 通信在对等实体之间直接进行
• 如：Gnutella, BT, Skype, QQ

接入网络：

1. 住宅（家庭）接入网络
2. 机构接入网络（学校，企业等）
3. 移动接入网络

无线接入网络：
通过共享的无线接入网络连接端系统与路由器： 通过基站或称为“接入点”

• 无线局域网（LANs）：同一建筑物内（30m），802.11b/g(WIFI):11Mbps, 54Mbps传输速率
• 广域无线接入：通过电信运营商（蜂窝网），接入范围在几十公里/带宽：1Mbps、10Mbps，100Mbps/ 3G、4G：LTE/ 移动互联网

网络核心

网络核心的关键功能：路由+转发：

• 路由：确定分组从源到目的的传输路径
• 转发：将分组从路由器的输入端口交换至正确的输出端口

网络核心解决的基本问题：数据交换

Internet结构

Internet结构：网络之网络

Internet结构.png

如图所示，端系统通过接入ISP（access ISPs）连接到Internet：家庭、公司和大学ISPs，接入ISP必须进一步互连，这样任意两个主机才可以互相发送分组，构成复杂的网络互联的网络。

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数据交换

前面讲到互联的路由器网络是通过数据交换实现数据通过网络核心从源主机达到目的主机的。
数据交换的类型：

• 电路交换
• 报文交换
• 分组交换

数据交换——电路交换

• 最典型的电路交换网络：电话网络

  
  
  电话网络中的电路交换.png

• 电路交换的三个阶段：

1. 建立连接（呼叫/电路建立）
2. 通信
3. 释放连接（拆除电路）

• 独占资源

• 电路交换网络中共享中继线：多路复用(Multiplexing)，如下图所示：
  

  电路交换-多路复用.png

多路复用：

多路复用，简称复用，是通信技术中的基本概念

多路复用.png

典型多路复用方法：

• 频分多路复用FDM
• 时分多路复用TDM
• 波分多路复用WDM
• 码分多路复用CDM

数据交换——报文交换

报文的概念：源（应用）发送信息整体，比如：一个文件

数据交换——分组交换

分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包

分组.png

分组交换需要报文的拆分与重组

• 会产生额外开销

  
  
  分组转发：统计多路复用.png
  
  

  统计多路复用对链路贷款的共享是非常有益的。

存储-转发：

报文交换和分组交换均采用存储-转发交换方式，区别：

• 报文交换以完整报文进行“存储-转发”
• 分组交换以较小的分组进行“存储-转发”

分组交换：传输延迟
拆分为较小长度为L bits的分组(packets)，在传输速率为R的链路上传输分组：

分组交换.png

分组交换-传输延迟.png

报文交换的报文交付时间：是串行的。
T=M/R*(n + 1)

分组交换的报文交付时间：大部分时间能并行。分组交换技术是现在计算机网络以及数据网络中广泛运用的技术。

分组交换的报文交付时间.png

可以看出：跳步数h=n(路由器数)+1
因此，现代网络中更多使用分组交换，而不是报文交换

分组交换 VS 电路交换

分组交换和早已成熟的电路交换进行比较。
分组交换允许更多用户同时使用网络，资源共享率更高！

分组交换并非绝对优于电路交换：

• 分组交换适用于突发数据传输网络：资源充分共享，简单、无需呼叫建立（电路交换需要电路的建立，电路的拆除等过程）
• 分组交换可能产生拥塞（congestion）（因为并未提前预约，可能会产生排队，拥塞现象）:分组延迟和丢失，需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制