计算机网络复习 ch1-1 体系结构

正文之前

15号就要考网络了。昨天考完并行程序设计和自然辩证法， 累的不行，晚上基本玩了。今天上午睡了个大懒觉，下午才开始学习，一学简直凉凉， 内容太多了吧？！！！不废话了，放完笔记我就撤了

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正文

基本问题与概念

分布式系统和网络区别

• 分布式系统展现给用户的是 一个统一的整体系统
• 对用户来说，分布式系统只 有一个模型或范型。例如万 维网（WWW）、集群
• 计算机网络展现给用户的是 互联的不同节点 .
• 分布式系统一般建立在网络 之上

基本目标

• 按一定方式自动把数据从一端传送到另一端

核心三问题

• Who:网络与端实体的身份标识；
• Where:节点在网络何处；
• How:如 何把数据传输到指定端实体

网络的拓扑结构

网络 =图=（顶点，边）=G=（V，E）

• 节点（Node）:

  • 端节点：自身拥有计算机资源的源宿用户设备
  • 转接节点：支持网络连通并在网络中对数据起交换和转接的节点，如 交换机/路由器/集线器

• 链路(Link)：

  • 物理链路：在物理层连接两个节点的物理介质，如电话线、同轴电缆 、光纤、无线电波

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• 物理连接
  • 点--点连接：连接一对结点的物理通路
  • 多点连接：多个结点共享一条物理链路
• 通路(Path):
  • 从源点到宿点所经过的一串节点和链路的有序集。或端 到端的通路
• 协议（Protocol）
  • 多个进程为完成一个任务而共同遵守的动作序列规范
  • 三要素：语法、语义、规则(同步时序)
• 网络云：
  • 区分通信子网交换交换结点（云内）和资源主机结点（ 云外）的分界线，可表示任何网络（单、多、交换等）

网络体系结构

• 硬件网络元素

  • 点到点链路：光缆、电缆、无线电波
  • 通信连接设备：波分传输、路由器
  • 端接入设备：路由器、交换机、集线器
  • 端设备：计算机、打印机、存储器…

• 软件网络元素

  • 1－3层（物理、链路和网络IP）的通信协议
  • 4－5层（运输、应用）的通信协议
  • 各层活动的进程（各种系统或应用软件）

• 网络体系结构解决的基本问题

  • 命名与定位；
  • 路由与寻址；
  • 端到端透明通信与内容感知分发；
  • “傻网+智端” 与 “智网+傻端”（端控与中控）；
  • 有连接电路交换与无连接分组交换；
  • 尽力而为与QoS/EoS
  • 物理网络与逻辑网络（主动编程）
  • 端主机与海量传感器

分层和协议

分层：功能聚合与划分

协议：两个或两个以上的参与方为完成特定 的任务而采取的一系列的确定步骤

因特网基础设施（Infrastructure）三层结构

• 第一层：Backbone中转网：国家或世界级网络主干
  • 美NFSnet/欧Ebone/中Chinanet/CERNET
• 第二层：Transit地区性网：覆盖省、洲、国家,
  • 提供到因特网的连接
  • 因特网服务提供者ISP
• 第三层：Stub组织性网：本地服务提供商；
  • 是一个自治网络系统，有AS号
  • 校园网、企业网、公司网、政府网
  • 由外围网关接入地区性网络

互联网在路由上的逻辑结构

• POP:呈现点
  • Point of Presence
• NAP:网络交换中心
  • Network Access Point
  • 新版本：Internet Exchange Point
• AS:自治系统
  • Autonomous Systems

互联网的两个结构（基础设施、路由） 统一起来

网络性能测量与评价(先对后快)

性能测量的两个参数：带宽和延迟

• 带宽(Bandwidth):Hz,KHz,MHz,GHz，bps
  • 信号带宽：构成一信号的各种不同频率成分所占据的频率范围。 如人类声音带宽为：3300Hz－300＝声音带宽3000Hz
  • 媒体带宽：通信媒体允许通过的信号频带范围
  • 比特率：某时段内网络上可能传输的比特数，或传输每比特数据 所需的时间宽度。习惯把“带宽”作为数字信道的数据率或比特 率
  • 比特率越高，高频分量越多，频率范围越大，信号带宽越高。
• 吞吐率(Throughput)：bps
  • 数字信号的发送速率，因此发送带宽也成为吞吐率
  • 由于各种影响 10M 带宽实际完成 2Mbps
  • 吞吐率：链路上实际每秒传输的比特数

延时

• Delay : 把一个报文从网络一端传输到另一端所需的时间one way, RTT = two ways,光传播速度：

  • 3.0x108m/s ;光在真空内传播的速率
  • 2.8x108m/s ;电在Cable内传播的速率
  • 2.0x108m/s ;光在Fiber内传播的速

• Round Trip Time (RTT):发收来回时间（2次时延）

• 延迟 = 处理＋排队+传输+传播，主要考虑后两个

  • 处理时延：检查包首部、决定导向何处；比特差错检测，高速Router一般在微 秒或更低数量级，接收完整的一个分组的时间＝包容量/链路速率
  • 排队时延：等待输出链路空闲，与当时流量和排队规则有关
  • 传输时延：数据量/带宽；微秒到毫秒级
  • 传播时延：距离/光速(光缆中1000km传播延迟约5ms) 广域网在毫秒级

• 传输/传播的比较

  • 传输时延是路由器把分组发送出去所需时间，是数据量和链路实际带宽的函数 ，与两个路由器间距离无关，
  • 传播时延是一个比特从发送路由器到接收路由器传播所需的时间，是距离的函数，ms级

• 例子：10辆汽车（P）在两个收费站（R）间的高速公路上行驶（总距离= 车身+路）

• 端到端有效吞吐率 = 实际传输大小/传输时间
• 实际传输时间 = RTT+ 传输大小/信道带宽
• RTT：请求与回答时间

重点例题

延迟带宽积

一对进程通道间的延迟(总体延迟)带宽积：信道管道的体积=链路上所容纳的比特数

• 抖动
  • 网络应用看：某段时间内，平均收到数据总量的变化程度
  • 某段时间内，相邻包到达时间间隔偏离其均值的大小
  • 数据传输速度的变化率，相邻两次比特率的变化率

重点

QoS/EoS

• Quality of Service
  • 连通性，
  • 吞吐量，带宽，
  • 延迟，延迟抖动
  • 丢包，丢包率
  • 可靠性、可用性
• Experience of Service
  • 与网络QoS、应用特质、用户感受相关

网络性能指标体系

基本概念

• 高速并不一定减少延迟，1G链路和1M链 路的RTT也许同是100ms，与距离/拥塞有 关
• 端到端有效吞吐率 = 实际传输大小/传输耗时
• 传输耗时=RTT+(传输大小/带宽)

网络性能参数分类

• 加性参数
  • 时延、抖动、路径长度、路由代价…
  • 满足可加性：通道特性由沿途各段链路相加决定
• 乘性参数
  • 可靠性、丢包率
  • 满足可乘性：度量为各链路或设备的乘积…
• 极性参数（最短木板原理）
  • 带宽、剩余能量、生存时间、吞吐量…
  • 满足极值要求（凹性或凸性），度量由通道或设备 的瓶颈属性（极值）决定

网络设计者要考虑三种类型的故障

• 1）链路上的单比特错，突发连续比特错。

  • 铜缆：106----107
  • 光缆：1012---1014 2）

• 2） 包错：一个包在网络上丢失

  • 包中包含有不可纠正的比特错
  • 中继接点因故（缓冲满，TTL）丢掉
  • 输出链路故障等

• 3）结点和链路级故障

  • 物理链路断
  • 相连计算机崩溃
  • 电源断电
  • 操作失误

如何操作网络？

• 因特网成功的原因之一
  • 功能由软件在通用机上提供，加入新功 能是很容易的事情
• 应用编程接口API（Sockets）
  • Socket interface
  • int socket(int domain,int type,int protocol)创建一个插口，支持任何现行协议 ，返回socket的一个句柄，以后引用的标识符

配套习题

正文之后

溜了。。。上面的这些是第一个PPT的精简版。。。我还有三天的复习时间，中间还有个其他考试。你们就知道我多绝望了。。