第一章—概述
1.1、什么是Internet？
从具体构成角度：
节点
- 主机上运行的应用程序
- 路由器、交换机等网络交换设备
边：通信链路
- 接入网链路：主机连接到互联网的链路
- 主干链路：路由器间的链路
- 协议
数以亿计的、互联的计算设备
- 主机 = 端系统
- 运行的网络应用程序
通信链路
- 光纤、同轴电缆、无线电、卫星
- 传输速率 = 贷宽
分组交换设备：转发分组
- 路由器和交换机
协议控制发送、接收消息
- 如TCP、IP、HTTP、FTP、PPP
Internet：“网络的网络”
- 松散的层次结构、互连的ISP
- 公共Internet 专用internet
Internet标准
- RFC：Request for comments（请求评述）
- IEIF：Internet Engineering Task Force
什么是协议？
- 协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的==报文格式==和==次序==，以及在报文传输或接收或者其他方面所采取的动作
从服务角度：
使用通信设施进行通信的==分布式应用==
- Web、VoIP、Email、分布式游戏
==通信基础设施为apps提供编程接口（通信服务）==
- 将发送和接受数据的apps与互联网连接起来
1.2、网络边缘
网络结构：
网络边缘
- 主机
- 应用程序
网络核心
- 互连着的路由器
- 网络的网络
接入网、物理媒体
- 有线或者无线通信链路
网络边缘：
端系统
- 运行的程序
- 如We、Email
- 在“网络的边缘”
客户/服务器模式
- 客户端像服务器请求、接受服务
- 如Web浏览器/服务器：email客户端/服务器
对等(peer—to—peer) 模式
- 很少（甚至没有）专门的服务器
网络边缘：采用网络设施的面向连接服务
目标：在端系统之间传输数据
握手：在数据传输之前做好准备
- 两个通信主机之间为==连接建立状态==
TCP：传输控制协议（Transmission Control Protocol）
- Internet上面向连接的服务
TCP服务
可靠的、按顺序地传送数据
- 确认和重传
流量控制
- 发送方不会淹没接收方
拥塞控制
- 当网络拥塞时，发送方降低发送速率
网络边缘：采用基础设施的无连接服务
目标：在端系统之间传输数据
- 无连接服务
UDP：用户数据报协议（User Datagram Protocol）
- 无连接
- 不可靠数据传输
- 无流量控制
- 无拥塞控制
使用TCP的应用：
- HTTP（Web）、FTP（文件传送）Telent（远程登录）、SMTP（email）
使用UDP的应用：
- 流媒体、远程会议、DNS、Internet电话
1.3、网络核心
网络核心：路由器的网状网络
基本问题：数据怎样通过网络进行传输？
- 电路交换：为每个呼叫预留一条专有电路
分组交换
- 将要传送的数据分成一个个单位
- 将分组从一个路由器传到相邻的路由器，一段段最终从资源端传到目标端
- 每段采用链路的最大传输能力（带宽）
电路交换：
==电路交换==是：建立连接（占用通信资源）—> 通话（一直占用通信资源）—> 释放连接（归还通信资源）
端到端的资源分配给从源端到目标端的呼叫：
- 独享资源：不共享：每个呼叫一旦建立起来就能够保证性能
- 如果呼叫没有数据发送，被分配的资源就会被浪费
网络资源（如带宽）被分成片
- 为呼叫分片
将带宽分片
- 频分（Frequencydivision multiplexing)
- 时分（Time-division multiplexing)
- 波分（Wave-division multiplexing)
分组交换
==分组交换==：采用存储转发技术。以分组为单位存储—转发，资源共享，按需使用。
- 网络带宽资源不再分一个个片，传输时使用全部带宽
- 主机之间传输的数据被分为一个个分组
- 存储—转发：分组每次移动一跳
分组交换：分组的存储转发一段一段从源端传到目标端 ，按照有无网络层的连接，分成：
数据报网络：
- 分组的目标地址决定下一跳
- 在不同的阶段，路由可以改变
虚电路网络：
- 每个分组都带标签（虚电路标识 VC ID），标签决定下一跳
- 在呼叫建立时决定路径，在整个呼叫中路径保持不变
- 路由器维持每个呼叫的状态信息
存储—转化：
- 被传输到下一个链路之前整个分组必须到达路由器：存储转发
- 在一个速率为R bps的链路，一个长度为L bits的分组的存储转发延时：L/R s
排队延迟和丢失：
排队和延迟
- 如果到达速率 > 链路的输出速率
- 分组将会排队，等待传输
- 如果路由器的缓存用完，分组将会被抛弃
==网络核心的关键功能==：路由和转发
- 路由：决定分组采用的源到目标的路径
- 转发：将分组从路由器的输入链路转移到输出链路
1.4、分组延时、丢失和吞吐量
四种分组延时
处理延时
- 检查bit差错
- 检查分组首部和决定将分组导向处
排队延时
- 在输出链路上等待传输的时间
- 依赖于路由器的拥塞成程度
传输延时
- R = 链路带宽（bps）
- L = 分组长度（bits）
- 将分组转发到链路上的时间 R / L
传播延时
- d = 物理链路长度
- s = 在媒体上的传播速度（~2* 10 ^ 18）
- 传播延时：d / s
节点延时
节点延时：$d~nodal = d~proc + d~queue + d~tans + d~prop$
d~proc~ = 处理延时 ：通常是微妙级别或更少
d~queue~ = 排队延时：取决于拥塞程度
d~tans~ = 传输延时：=L / R
d~prop~ = 传播延时：几微秒到几百毫秒
排队延时
- R = 链路带宽（bps）
- L = 分组长度（bits）
- a = 分组到达队列的平均速率
流量强度 = La / R
- La / R ~ 0：平均排队延时很小
- La / R -> 1：延时变得很大
- La / R > 1：比特到达队列的速率超过了该队列输出的速率，平均排队延时将趋向无穷大
分组丢失的原因：链路的队列缓冲容量有限、当分组到达一个满队列时，该分组会丢失、丢失的分组可能会被前一个节点或源端系统重传
吞吐量
==吞吐量：==在源端和目标端之间的传输速率（数据量/单位时间）
- ==瞬间吞吐量==：在一个时间点的速率
- ==平均吞吐量==：在一个长时间内平均值
端到端平均吞吐=min{R1, R2, R3, … , Rn}
1.5、协议层次和服务模型
协议的层次：
层次化方式实现复杂网络功能：
- 将网络复杂的功能分层能明确层次，每层实现一个或一组==功能==，功能中有其上层可以使用的功能：==服务==
- 本层协议实体相互交互执行本层的==协议动作==，目的实现本层功能，通过接口为上层提供更好的服务
- 在实现本层服务的时候，直接==利用下层所提供的服务==
- 本层的服务：借助下层服务实现本层协议实体之间交互带来的新功能+下层所提供的服务
服务和服务访问点
服务（Service）：底层实体向上层实体提供他们之间的通信能力
- 服务用户（service user）
- 服务提供者（service provide）
原语（primitive）：上层使用下层服务形式，高层使用低层提供的服务，以及低层向高层提供服务都是通过服务访问原语来进行交互的形式
服务访问点SAP（Service Access Point）：上层使用下层提供的服务通过层间接口—地点。
- 地址（address）：下层的一个实体支撑着上层的多个实体，SAP由于标志不同上层实体的作用
- 可以有不同的实现队列
服务类型
面向连接的服务和无连接的服务方式
面向连接的服务（Connection—orient—Service）
- 连接：两个通信实体为进行通信而建立的一种结合
- 面向连接的服务通信的过程：建立连接，通信，拆除连接
- 例子：网络层的连接被成为虚电路
- 适用范围：大的数据块要传输，不适合小的零星报文
- 特点：保序
- 服务类型：
:point_right:可靠的信息流 传送页面
:point_right:可靠的字节流 远程登录
:point_right:不可靠的连接 数字化声音
无连接的服务（Connectionless Service）
- 无连接服务：两个对等层实体在通信前不需要建立连接，不预留资源；不需要通信双方都是活跃
- 特点：不可靠、可能重复、可能失序
- 例子：IP分组、数据包
- 适用范围：适合传送零星数据
- 服务类型：
:point_right:不可靠的数据报 电子方式的函件
:point_right:有确认的数据报 挂号信
:point_right:请求回答 信息查询
服务和协议
服务和协议的区别
- 服务（service）：低层实体向上层实体提供他们之间的通信能力，是通过原语（primitive）来操作的，垂直的
- 协议（protocol）：对等层实体（peer entity）之间在相互通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平的
服务与协议的联系
- 本层==协议的实现==要靠下层提供的服务来实现
- 本层实体通过协议为上层==提供更高级的服务==
Internet协议栈
五层协议体系：
==应用层==：网络应用
- 为人类用户或者其他应用进程提供网络应用服务
- FTP、SMTP、HTTP、DNS
==传输层==：主机之间的数据传输
- 在网络层提供的端到端通信基础之上，细分为进程到进程，将不可靠的通信转变为可靠的通信
- TCP 、UDP
==网络层==：为数据报从源到目的的选择路由
- 主机之间的通信，端到端通信，不可靠
- IP、路由协议
==链路层==：相邻网络节点之间的数据传输
- 2个相邻2点的通信，点到点通信，可靠或不可靠
- 点对点协议PPP，802.11（WiFi），Ethernet
- ==物理层==：在线路上传送bit
ISO/OSI的七层协议体系：
- 应用层：同上
- ==表示层==：允许应用解释传输的数据，加密、压缩等
- ==会话层==：数据交换的同步，检查点，恢复
- ==网络层==：同上
- ==链路层==：同上
- ==物理层==：同上
数据的封装和解封装：
各层次的协议数据单元
- 应用层：报文（message）
- 传输层：报文段（segment）：TCP段，UDP数据报
- 网络层：分组packet（如果无连接方式：数据报 datagram）
- 数据链路层：帧（frame）
- 物理层：位（bit）注：此描述不太准确
