计算机网络学习笔记(2)

1.4 Performance: Delay, Loss, and Throughput in Computer Networks 计算机网络性能评估

构成数据包延迟的四个因素:

如前文所述,在数据传输中会发生延迟。这个小节主要介绍延迟的组成,共包含四个部分

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1. processing delay 处理延迟

这个时发生在forwarding时候发生的延迟,数据需要被识别其目的地,这个识别的过程会造成延迟,一般在几微秒的范围

2. queueing delay 排队延迟

如前文所述,在数据包等待排队时会发生延迟,延迟的时间取决于当前通道的阻塞程度

对于排队延迟,可以使用以下公式量化

d_{queue} = \frac{L*a}{R}

a:平均数据包到达率

L:通道长度

R:通道带宽

排队延迟从0到1的关系

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  越靠近1越拥挤,超过1则水泄不通

3. transmitting delay 传输延迟

就是前文的L/R

4. propagation delay 传播延迟

取决于通道长度和接收端的速度

D = d/S

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对于传输延迟和传播延迟再做一下解释,拿汽车排队过收费站的例子来说,汽车通过收费站的时间就是传输时间,而从离开收费站到到达目的地为止则是传播时间

追踪延迟的设备---Tracerouter

应用追踪路由,我们就可以判定各个网站的网络延迟,其工作原理如下:

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追踪路由首先向第一个包发送数据后返回,之后重复这个过程知道达到目标为止。

按照之前的叙述,信道越长延迟也就越长。有时候信道更长延迟也可能降低,这是因为排队延迟发生了改变。

Throughput 吞吐量 

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 简单来说就是固定时间单位内信道能够容纳的数据流量

当有多个通道存在时,吞吐量和最短的通道有关

例题:

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假设有十台设备接入中间的管道,各个设备平均分配中间管道,试求吞吐量

解:取Rs Rc R/10中的最小值,一般Rc 和 Rs更小

1.5 网络安全 Security

本节内容会在第六章有详细叙述,这里只做简单介绍

本节内容共包括三点:

1. 互联网攻击的基本形式有哪些

2. 如何保护设备不受攻击

3. 如何设计能够抵御攻击的架构

网络攻击的分类

1. packet “sniffing” 数据包追踪

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 第三方设备在数据通道内接入,强行获取AB之间的数据流(wirewhark的本质就是这个功能)

2. IP spoofing IP欺诈

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第三方设备通过修改数据块信息导致目的地识别错误,使得设备之间无法正常通讯 

3. Denial of Service (DoS) 拒绝服务

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应用一台或多台设备向服务器发送大量数据流导致阻塞,以此来制止其他设备正常访问服务器

防御措施

1. 认证authentication

设置仅有认证过的设备才能对服务器进行访问

2. 保密confidentiality

加密信息,只有密码正确才能访问

3. 完整性检查 integrity check

设置电子签名,检查数据包文件完整性,防止运输篡改过的文件

4. 访问限制access restrictions

通过限定IP等方式限制访问

5. 防火墙 firewalls

加上防火墙探测并防止攻击

1.6 Protocol layers, service models 协议层和服务模型

 在互联网运行时,实际上包含了多个要执行的部分。为了让每个执行部分都得到妥善运行,因此引入了分层模型。

引入----搭乘飞机的例子

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分层模型的建立可以类比搭乘飞机的过程。在登机前要购买机票,检查包裹,准备乘机等等,在下飞机又要经历取包裹,办理下飞机手续等等类似的工作。

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 由于乘机过程步骤较多,可以将乘机手续进行分层,每个步骤单独一层。每个临近层之间相互联系,比如要先买票才能放包裹。登机的层和下飞机的层还可以一一对应。

这样,我们就可以把多项任务结构化进行了,这样使得分组更加明确,操作更为简易

网络分层

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和上面的例子类似,在设计互联网时也对其中任务实现了分层,一共分成五层,包括:

1. 应用层 主要包含互联网应用的使用 例如解析DNS网页等

2. 传送层 提供网络链接协议,包括TCP 和 UDP 等。TCP包含阻塞,稳定但效率较低。UDP效率高但不可靠

3. 网络层 包括数据包的目的地装载(routing)

4. 链路层 实现两端之间的数据传输(类似飞行过程 不确定

5. 物理层 实现物理的按字节传输(并非本课程内容)

下图展示了一次完整的网络传输过程,之后会对其中的过程进行叙述 

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首先,应用层将数据打包并传送给传输层,这时的传输数据称为”message“ 。传到传输层时,数据包被加上了传输层的包头,用来实现传输层的服务。这时的包被称为”segment“

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之后数据包继续移入下层,在网络层又加入一块包头,包头中记录目的地等信息。这时的包被称为”datagram“

计算机网络学习笔记(2)_第15张图片 之后数据包在link层实现封装,再加上一层包头,此时称为”frame“,之后在物理层进行传送

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 当frame传送到接收端的物理层时,会按照上述相反的顺序层层解包,最后在对方的application层转换成直接数据,传输过程完成。

需要注意的是,当数据包碰到router等中转设备时,中转设备会先进行解包然后再自行封装,之后传送到下一个目的地

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