计算机网络和因特网（三）——ISP互联、时延、协议层及其服务模型

1.5 ISP互联

端系统经过一个接入网与因特网相连。
因特网体系结构：
因特网边缘的接入网络通过分层的ISP与因特网其它部分相连。

时延和丢包

时延和丢包是怎样出现的？
分组在每个路由器中先存储，再转发

• 缓存中排队，等待交换——时延
• 分组到达链路的速率超过输出链路能力——丢包
  

1.6 时延

1）时延的类型

分组传输过程：从源主机出发，通过一系列路由器传输，最后到达目的主机。

产生四种时延：

• 节点处理时延
• 排队时延
• 传输时延
• 传播时延
  
  节点总时延：各种时延累加
  
  

处理时延

• 检查比特差错
• 决定输出链路

处理时延通常是微秒级或更低

排队时延

分组等待在链路上传输的排队时间
相关因素：正在排队等待的分组的数量、到达的分组的数量及到达该队列流量和强度的性质。

• 若队列“空”、无其他分组传输，排队时延为0
• 流量大，排队分组多，排队时延大。

排队时延在毫秒到微妙级

传输时延

或存储转发时延。将分组的所有比特推（传）向链路所需要的时间。

传输时延 = $L/R$
$R$ = 链路的传输速率（bps）
$L$ = 分组长度（比特）

传输时延在毫秒到微秒级

传播时延

一个比特从链路的起点到下一节点（路由器）传播所需要的时间

• 以链路的传播速率传播
• 传播速率s：信号在线路上单位时间内传送的距离
  速率范围 ：2x10⁸m/s ~ 3x10⁸m/s
• 传播时延 = $d/s$
  $d$ = 两个节点之间的距离
• 传播时延在毫秒级

2）排队时延和分组丢失

排队时延

是计算机网络中一个很重要的性能

• 不同的分组
  
  

分组丢失

端到端时延

3）英特网中的时延和路由

Traceroute程序可追踪源和目的之间经过的路径
当用户指定一个目的主机时，源主机中的该程序朝目的发送多个特殊的分组，中阿瑾同意一系列路由器。

对所有路由器$i$：

• 发送3个分组，该分组在朝着目的地的路径上到达路由器$i$
• 路由器i将向发送发返回分组
• 发送方度量传输和响应间的时间间隔

1.7 协议层次及其服务模型

计算机网络非常复杂
包括许多构件：主机、路由器、各种媒体的链路、应用、协议、硬件软件

1）体系结构——分层结构

网络的分层结构及其各层协议的集合，是对网络及其组成部分功能的精确定义

优点：

• 使复杂系统简化
  将一个大而复杂系统划分为若干个明确、特定的部分，分别讨论研究
• 易于维护、系统的更新
  某层功能变化，不会影响系统其余部分。只要保持对其上层提供的服务，及其使用下层的服务不变。

2）协议分层

• 协议：控制网络中信息的发送和接收
  定义了通信实体之间交换报文的格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件所采取的动作
• 协议分层：采用分层（layer）的方式组织协议及实现协议的网络硬件和软件
  
  
  分层缺点：
• 有些功能可能在不同层重复出现：
  如，基于链路和基于端到端传输的差错恢复
• 某层的功能可能需要仅存在其他某层的信息

3）分层后数据传递的过程

主机（端系统）间数据传送实际上并不是在对等层间直接进行，而是通过相邻层间的传递合作完成

4）因特网协议栈

应用层：提供各种网络应用。传输应用报文
运输层：在应用程序的客户机和服务器之间提供传输应用层报文服务。传输报文段
网络层：主机和主机之间传输网络层分组（数据报）
链路层：在邻近单元之间传输数据（帧）
物理层：在节点之间传输比特流。

节点分层

与端系统类似，路由器和链路层交换机以分层方式组织网络硬件和软件，通常只实现低几层。

• 路由器：实现第一层到第三层，能够实现IP协议；
• 链路层交换机：实现第一层和第二层，能够识别第二层地址，如以太网地址。
• 主机：实现所有5个层次。
  
  

报文传递过程

源主机：

目的主机：