计算机网络自顶向下学习笔记

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第一章、计算机网络和因特网

1.1什么是因特网

我们可以从两个角度来回答这个问题：其一，我们能够描述因特网的具体构成，即构成因特网的基本硬件和软件组件；其二，我们能够根据为分布式应用提供服务的联网基础设施来描述因特网。其实，第一种角度，是从它的组成来描述，第二种角度是从它的功能来描述

1.1.1具体构成描述

从因特网的具体构成

因特网是一个世界范围的计算机网络，即它是一个互联了遍及全世界数十亿计算设备的网络。不仅包括传统的桌面PC、Linux工作站以及所谓的服务器（它们用于存储和传输Web页面和电子邮件报文等信息），还有非传统的便携机、智能手机、平板电脑、电视、游戏机、温度调节装置、家用安全系统、家用电器、手表、眼镜、汽车、运输控制系统等与因特网相连。用因特网术语来说，所有这些设备都被成为主机或端系统。

一些重点概念：

• 端系统通过通信链路（communication link）和分组交换机（packet switch）连接到一起。
• 通信链路由不同类型的物理媒介组成，物理媒介包括同轴电缆、铜线、光纤和无线电频谱。不同的链路能够以不同的速率传输数据，链路的传输速率（transmission rate）以比特/秒（bit/s,或bps）度量。
• 当一台端系统要向另一台端系统发送数据时，发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节。由此形成的信息包用计算机网络的术语来说称为分组（packet）。这些分组通过网络发送到目的端系统，在那里被装配成初始数据。
• 分组交换机从它的一条入通信链路接收到达的分组，并从它的一条出通信链路转发该分组。在当今的因特网中，两种最著名的类型是路由器和链路层交换机。链路层交换机主要用在接入网中，路由器主要用在网络核心.
• 从发送端系统到接收端系统，一个分组所经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径（mute或path）。
• 端系统通过因特网服务提供商（Internet Service Provider, ISP）接入因特网，重要协议有：TCP（Transport Control Protocol，传输控制协议）和IP(Internet Protocol，网际协议)；因为协议控制了信息的传递，所以对协议达成一致就很重要，所以需要一个标准来规范协议，以便创造可以协同工作的系统和产品

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1.1.2服务描述

从为应用程序提供服务的基础设施

• 一些应用程序涉及多个相互交换数据的端系统，故它们被称为分布式应用程序。重要的是，因特网应用程序运行在端系统上，即它们并不运行在网络核心中的分组交换机中。尽管分组交换机能够加速端系统之间的数据交换，但它们并不在意作为数据的源或宿的应用程序。
• 与因特网相连的端系统提供了一个套接字接口( socket interface),该接口规定了运行在一个端系统上的程序请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地程序交付数据的方式。

1.1.3协议

协议：（protocol）定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺
序，以及报文发送和/或接收一条报文或其他事件所采取的动作。
凡是通信实体的所有活动都要受到协议的约束。比如，硬件实现的控制协议控制了两块网卡之间的比特流；在端系统中，拥塞控制协议控制了发送方和接收方之间传输数据的速率等

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1.2网络边缘

端系统也称为主机（host）,因为它们容纳（即运行）应用程序
端系统分类：客户和服务器

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1.2.1接入网

接入网：这是指将端系统物理连接到其边缘路由器（edge router）的网络。
边缘路由器是端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。

• 数字用户线（Digital Subscriber Line,
  DSL）

当使用DSL时，用户的本地电话公司也是它的ISP。
每个用户的DSL调制解调器使用现有的电话线（双绞铜线)与位于电话公司的本地中心局（CO）中的数字用户线接入复用器（DSLAM）交换数据
家庭的DSL调制解调器得到数字数据后将其转换为高频音，以通过电话线传输给本地中心局；来自许多家庭的模拟信号在DSLAM处被转换回数字形式。

• 电缆因特网接入（cable Internet access,CIC）

电缆因特网接入（cable Internet access）利用了有线电视公司现有的有线电视基础设施。
用户使用电缆调制解调器通过同轴电缆与光纤结点相连，光纤结点通过光缆与电缆头端相连，而电缆头端接入了因特网。因为在这个系统中应用了光纤和同轴电缆，所以它经常被称为混合光纤同轴（Hybrid Fiber Coax, HFC）系统
电缆因特网接入需要特殊的调制解调器，这种调制解调器称为电缆调制解调器（cablemodem）。
电缆因特网接入的一个重要特征是共享广播媒体。

• 光纤到户(Fiber To The Home, FTTH) [FTTH Council 2016]

概念：从本地中心局直接到家庭提供了一条光纤路径。
有两种有竞争性的光纤分布体系结构:主动光纤网络（Active Optical Network,AON)和被动光纤网络(Passive Optical Network, P0N)。AON本质上就是交换因特网。其区别在是否在传输数据时共享光纤。PON结构在传输数据是共享光纤。

• 卫星链路

在无法提供DSL、电缆和FTTH的地方（例如在某些乡村环境），能够使用卫星链路将住宅以超过1Mbps的速率与因特网相连。

• 以太网和WiFi

使用局域网（LAN）将端系统连接到
边缘路由器。以太网用户使用双绞铜线与一台以太网交换机相连，以太网交换机或这样相连的交换机网络，则再与更大的因特网相连。使用以太网接入，用户通常以100Mbps或lGbps速率接入以太网交换机。

• 广域无线接入

这些设备应用了与蜂窝移动电话相同的无线基础设施，通过蜂窝网提供商运营的基站来发送和接收分组。与WiFi不同的是，一个用户仅需要位于基站的数万米

1.2.2 物理媒体

传输媒体是构成通信链路的主要部分，物理媒体通常可以分为导引性媒体和非导引性媒体；其中导引性媒体，信号沿着固体前行，如：光缆、双绞铜线或同轴电缆；而非导引性媒体中，电波在空气或外层空间中传播。值得注意的是，架设传输媒体的人历成本要远远高于物理材料的成本

• 双绞铜线

最便宜的引导性传输媒体，由两条相互螺旋缠绕的铜线组成。目前局域网中的双绞线数据传输速率在10Mbps到10Gbps之间，所能达到的数据传输速率取决于线的粗细以及传输距离；双绞线实际上已经成为高速局域网联网的主要方式；因为现代的双绞线技术速率和传输距离都是很不错的；

• 同轴电缆

同轴电缆由两个同心铜导体组成，借助于这种结构及特殊的绝缘体和保护层，同轴电能够达到较高的数据传输速率。在电视系统中应用广泛；同轴电缆可被用作引导性的共享媒体；

• 光纤

光纤是一种细而柔软的、能够导引光脉冲的媒体一根光纤能够支持极高的比特速率，高达数十甚至数百Gbpso它们不受电磁干扰，长达100km的光缆信号衰减极低，并且很难窃听。这些特征使得光纤成为长途导引型传输媒体，特别是跨海链路。

• 陆地无线电信道

无线电信道承载电磁频谱中的信号。它不需要安装物理线路，并具有穿透墙壁、提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的能力

• 卫星无线电信道

通过卫星连接两个或多个在地球上的微波发射方（也被称为地面站），该卫星在一个频段上接收信号，在另一个频段上发送信号；种类有同步卫星和近地轨道卫星。

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1.3 网络核心

即由互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络
通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换和分组交换

1.3.1分组交换

分组在通信链路上以等于该链路的最大传输速率传输通过通信链路。因此如果某条链路的最大传输速率为R，分组长度为L，则该链路传输该分组的时间为L/R；这个时间也被称为传输时延（值得注意的是，这里说的时间很有可能是传播时延而不是传输时延，这两者的区别在关于延迟时间的计算中将详细解释，虽然这里书上写的是传输，但是根据后文，我认为是传播）；分组交换的常见方式是存储转发机制；

1. 存储转发传输

多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输（store-and-forward transmission）机制
存储转发传输是指在交换机能够开始向输岀链路传输该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组。仅当路由器已经接收完了该分组的所有比特后，它才能开始向出链路传输（即“转发”）该分组。
因为缓存等待一个分组的全部数据而导致的时间开销被称为存储转发时延

2. 排队时延与分组丢失

因为需要缓存分组，所以此时分组交换机需要一个缓冲队列；缓冲队列的空间有限性就有可能导致分组交换机无法继续缓存分组（因为链路被占用或者分组还没全部到位）而使到达分组交换机的数据包被迫丢弃；这就导致了分组不但承担了传输时延，还承担了队列时延。

3. 转发表和路由选择协议

在因特网中，每个端系统具有一个称为IP地址的地址。当源主机要向目的端系统发送一个分组时，源在该分组的首部包含了目的地的IP地址。
实际上，分组交换机之所以能够知道往哪去是因为其内部有一个转发表，这个表维护了一个IP地址和链路的对应关系，所以处理流程为：

1. 通过分组的必要信息，获得目的端系统的IP地址
2. 通过IP地址索引转发表，从而确定输出链路

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1.3.2 电路交换

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第二章、应用层

2.1 应用层协议原理

2.2

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第三章

本篇文章借鉴于 博客
原文链接：https://blog.csdn.net/qq_39326472/article/details/88089747
参考书：计算机网络自顶向下方法。