计算机网络-计算机网络和因特网
2016-05-22 22:48
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一、什么是因特网
1.具体构成描述
公共因特网是一个世界范围内的计算机网络，即它是一个互联了遍及全世界的数以百万计的计算机设备（主机或端系统）的网络。
端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起。
发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节（由此形成的信息包称为分组），这些分组通过网络发送到目的端系统。
两种最著名的分组交换机：路由器 链路层交换机。
两个最重要的协议：TCP(Transmission Control Protocol) IP(Internet Protocol)
IP协议定义了在路由器和端系统中发送和接收分组的格式。
内联网：网络内的主机不能与专用网络外部的主机交换信息
2.服务描述
分布式应用程序：电子邮件、Web冲浪、即时讯息、VoIP、因特网广播、流式视频、分布式游戏、对等文件共享、因特网上的电视、远程注册等。（它们涉及多台相互交换数据的端系统）
与因特网相连的端系统提供了一个应用程序编程接口(Application Programming Interface)。API规定了运行在一个端系统上的软件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软件交付数据。
3.什么是协议
为了完成一项工作，要求两个（或多个）通信实体运行相同的协议。
一个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/接收/其他事件方面所采取的动作。
二、网络边缘
端系统（主机）有时被进一步划分为两类：客户机(client) 服务器(server)
客户机非正式等同于PC、移动PC等
服务器非正式等同于更强大的机器，用于存储和发布Web页面、流视频以及转发电子邮件等。
1.客户机和服务器程序
客户机程序(client program)运行在一个端系统上的程序，它发出请求，并从另一个端系统上的服务器程序(server program)接收服务。
客户机-服务器因特网应用程序是分布式应用程序。
2.接入网(access network)
边缘路由器：端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。
接入网：将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。
新型宽带接入技术为住宅用户提供了更高的比特速率，也为用户提供了一种接入因特网的同时还能拨打电话的手段。
宽带住宅区的两种常见接入类型：数字用户线(digital subscriber line DSL) 混合光纤同轴电缆(hybrid fiber-coaxial cable HFC)
DSL、HFC和卫星接入的一个吸引人之处是总是在线(always on)。
3.物理媒体
两类物理媒体：引导型媒体(guided media) 非引导型媒体(unguided media)。
双铜绞线：最便宜并且使用最为普遍的引导型传输媒体。
同轴电缆：具有更高比特率。
光缆：一种细而柔软的、能够引导光脉冲的媒体，其中每个脉冲表示一个比特。
陆地无线电信道：承载电磁频谱中的信号。
卫星无线电信道：连接两个或多个位于地球的微波发射方/接收方。
三、网络核心
1.电路交换和分组交换
电路交换(circuit switching)和分组交换(packet switching)是通过网络链路和交换机移动数据的两种基本方法。
电路交换：当两台主机要通信时，该网络在两台主机之间创建一条专用的端到端连接(end-to-end connection)。主机A为了向主机B发送报文，该网络必须在链路之一上预留一条电路。
2.电路交换网络中的多路复用
两种多路复用的实现：频分多路复用(Frequency-Division Multiplexing,FDM) 时分多路复用(Time-Division Multiplexing,TDM)。
FDM:链路的频谱由跨越链路创建的所有连接所共享。该链路在连接期间为每条连接专用一个频段。
TDM：时间被划分为固定区间的帧，并且每帧又被划分为固定数量的时隙。当网络跨越一条链路创建一条连接时，该网络在每个帧中为该连接指定一个时隙。这些时隙专门由该连接单独使用，一个时隙可以传输该连接的数据。
3.分组交换
各种应用程序在完成其任务时要交换报文(message)。报文能够包含协议设计者需要的任何东西。报文可以执行一种控制功能，或能够包含数据。
源主机将长报文划分为较小的数据块，并称之为分组(packet)。
在源和目的地之间，这些分组中的每个都通过通信链路和分组交换机(packet switch)传送。
存储转发机制：在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组。
对于每条与分组交换机相连的的链路，该分组交换机具有一个对应的输出缓存(output buffer),它用于存储路由器准备发往那条链路的分组。
因为缓存的空间大小有限，所以一个到达的分组可能发现该缓存被等待传输的分组完全充满了。在这种情况下，将出现分组丢失或丢包(packet lost)。丢失的可能是到达的分组也可能是已经排队的分组之一将被丢弃。
存储转发时延：存储转发机制的存在，决定了会有这个时延。
排队时延：如果到达的分组需要跨越链路传输，但发现该链路正在忙于传输其他分组，该分组必须在输出缓存中等待。因此分组要承受输出缓存的排队时延(queue delay)。
4.分组交换与电路交换对比：统计多路复用
一方面，电路交换不考虑要求而预先分配传输链路的使用，使得已经分配但不需要的链路时间未被利用；另一方面，分组交换使用按需分配的方式分配链路，而不是采用预分配的方式。
资源的统计多路复用(statistical multiplexing)：按需共享资源方式，而不是预分配的方式。
分组交换是趋势。
5.分组是怎样通过分组交换网形成其通路的
在因特网中，每个通过网络传输的分组在它的首部包含了其目的地址，该地址是一种层次结构，当分组到达网络中的一台路由器时，该路由器检查分组的目的地址的一部分，并向相邻路由器转发该分组。
每台路由器都有一个转发表，用于将目的地址映射到输出链路。当分组到达一台路由器时，该路由器检查目的地址，并用这个目的地址搜索转发表，以找到合适的输出链路。然后，路由器将该分组导向输出链路。
因特网具有一些特殊的选路协议，它们用于自动地设置转发表(forwarding table)。
使用Traceroute程序可以看到分组在因特网中的端到端路径。
6.ISP和因特网主干
在公共因特网中，坐落在因特网边缘的接入网络通过分层的ISP层次结构与因特网的其他部分相连。
第一层ISP也被称为因特网主干(Internet backbone)网络。
第二层ISP通常具有区域性或国家性覆盖规模。
第二层ISP被称为是它所连接的第一层ISP的客户(customer)，第一次呢个ISP相对于客户而言是提供商(provider)。
汇集点：在一个ISP网络中，某ISP与其他ISP的连接点被称为汇集点(Point of Presence,POP)
POP就是某ISP网络中的一台或多台路由器组，通过它们能够与其他ISP的路由器连接。
因特网的拓扑很复杂，它由几十个第一层ISP和第二层ISP与数以千计的较低层ISP组成。
四、分组交换网中的时延、丢包和吞吐量
1.分组交换网络中的时延概述
时延的类型：结点处理时延(nodal processing delay)、排队时延(queuing delay)、传输时延(transmission delay)、传播时延(propagation delay)
结点总时延(total nodal delay) = nodal processing delay + queuing delay + transmission delay + propagation delay
nodal processing delay:检查分组首部、决定该分组导向何处、其他因素包括的时间
queuing delay:在队列中，分组在链路上等待传输的时间
transmission delay:又叫存储转发时延，将所有分组的比特推向链路所需的时间
propagation delay:从链路的起点到路由器B传播所需要的时间。
2.排队时延和丢包
3.端到端时延
由结点总时延累加得到
4.计算机网络中的吞吐量
吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率。
当没有其他干扰流量时，吞吐量近似为沿着源和目的地之间路径的最小传输速率。
五、协议层次和它们的服务模型
1.分层的体系结构
利用分层的体系结构，我们可以讨论一个定义良好的、大而复杂的系统的特定部分。
这种简化本身由于提供模块化而具有很高价值，这使得由层所提供的服务的实现易于改变。只要该层对其上面的层提供相同的服务，并且使用来自下面层次的相同服务，当某层的实现变化时，该系统的其余部分就可以保持不变。
对于大而复杂且需要不断更新的系统，改变服务的实现而不影响系统其他部分的能力是分层的另一个重要优点。
协议分层：为了给网络协议的设计提供一个结构，网络设计者以分层(layer)的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。
层的服务模型(service model):每个协议属于一层，某层向上提供的服务(service)。
一个协议层能够用软件、硬件或者两者的结合来实现。
协议栈：各层的所有协议。
应用层：网络应用程序及其应用层协议存留的地方。应用层协议分布在多个端系统上，一个端系统中的应用程序使用协议与另一个端系统中的应用程序交换信息分组。将这种位于应用层的信息分组称为报文(message)。 HTTP SMTP FTP DNS 属于应用层协议。HTTP为文档提供了请求和传送，SMTP提供了电子邮件报文的传输，FTP提供了两个端系统之间的文件传送。域名系统(DNS)将对人友好的端系统名字转换为32比特的网络地址。
运输层：提供了在应用程序端点之间传送应用层报文的服务。
两个运输层协议：TCP和UDP。利用其中的任何一个都能传输应用层报文。
将运输层分组称为报文段(segment)。
网络层：负责将网络层分组从一台主机移动到另一台主机。
源主机中的运输层协议向网络层递交运输层报文段和目的地址。
IP协议：属于网络层协议，该协议定义了数据报中的各个字段以及端系统和路由器如何用于这些字段。
网络层包括了决定路由的选路协议。
2.报文、报文段、数据报和帧
六、攻击威胁下的网络
1.坏家伙能够经因特网将恶意软件放入你的计算机
2.坏家伙能够攻击服务器和网络基础设施
3.坏家伙能够嗅探分组
4.坏家伙能够伪装成你信任的人
5.坏家伙能够修改和删除报文
七、计算机网络和因特网的历史
1.分组交换的发展
2.专用网络和网络互联
3.网络的激增
4.因特网爆炸
5.最新发展
1.具体构成描述
公共因特网是一个世界范围内的计算机网络，即它是一个互联了遍及全世界的数以百万计的计算机设备（主机或端系统）的网络。
端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起。
发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节（由此形成的信息包称为分组），这些分组通过网络发送到目的端系统。
两种最著名的分组交换机：路由器 链路层交换机。
两个最重要的协议：TCP(Transmission Control Protocol) IP(Internet Protocol)
IP协议定义了在路由器和端系统中发送和接收分组的格式。
内联网：网络内的主机不能与专用网络外部的主机交换信息
2.服务描述
分布式应用程序：电子邮件、Web冲浪、即时讯息、VoIP、因特网广播、流式视频、分布式游戏、对等文件共享、因特网上的电视、远程注册等。（它们涉及多台相互交换数据的端系统）
与因特网相连的端系统提供了一个应用程序编程接口(Application Programming Interface)。API规定了运行在一个端系统上的软件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软件交付数据。
3.什么是协议
为了完成一项工作，要求两个（或多个）通信实体运行相同的协议。
一个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/接收/其他事件方面所采取的动作。
二、网络边缘
端系统（主机）有时被进一步划分为两类：客户机(client) 服务器(server)
客户机非正式等同于PC、移动PC等
服务器非正式等同于更强大的机器，用于存储和发布Web页面、流视频以及转发电子邮件等。
1.客户机和服务器程序
客户机程序(client program)运行在一个端系统上的程序，它发出请求，并从另一个端系统上的服务器程序(server program)接收服务。
客户机-服务器因特网应用程序是分布式应用程序。
2.接入网(access network)
边缘路由器：端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。
接入网：将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。
新型宽带接入技术为住宅用户提供了更高的比特速率，也为用户提供了一种接入因特网的同时还能拨打电话的手段。
宽带住宅区的两种常见接入类型：数字用户线(digital subscriber line DSL) 混合光纤同轴电缆(hybrid fiber-coaxial cable HFC)
DSL、HFC和卫星接入的一个吸引人之处是总是在线(always on)。
3.物理媒体
两类物理媒体：引导型媒体(guided media) 非引导型媒体(unguided media)。
双铜绞线：最便宜并且使用最为普遍的引导型传输媒体。
同轴电缆：具有更高比特率。
光缆：一种细而柔软的、能够引导光脉冲的媒体，其中每个脉冲表示一个比特。
陆地无线电信道：承载电磁频谱中的信号。
卫星无线电信道：连接两个或多个位于地球的微波发射方/接收方。
三、网络核心
1.电路交换和分组交换
电路交换(circuit switching)和分组交换(packet switching)是通过网络链路和交换机移动数据的两种基本方法。
电路交换：当两台主机要通信时，该网络在两台主机之间创建一条专用的端到端连接(end-to-end connection)。主机A为了向主机B发送报文，该网络必须在链路之一上预留一条电路。
2.电路交换网络中的多路复用
两种多路复用的实现：频分多路复用(Frequency-Division Multiplexing,FDM) 时分多路复用(Time-Division Multiplexing,TDM)。
FDM:链路的频谱由跨越链路创建的所有连接所共享。该链路在连接期间为每条连接专用一个频段。
TDM：时间被划分为固定区间的帧，并且每帧又被划分为固定数量的时隙。当网络跨越一条链路创建一条连接时，该网络在每个帧中为该连接指定一个时隙。这些时隙专门由该连接单独使用，一个时隙可以传输该连接的数据。
3.分组交换
各种应用程序在完成其任务时要交换报文(message)。报文能够包含协议设计者需要的任何东西。报文可以执行一种控制功能，或能够包含数据。
源主机将长报文划分为较小的数据块，并称之为分组(packet)。
在源和目的地之间，这些分组中的每个都通过通信链路和分组交换机(packet switch)传送。
存储转发机制：在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组。
对于每条与分组交换机相连的的链路，该分组交换机具有一个对应的输出缓存(output buffer),它用于存储路由器准备发往那条链路的分组。
因为缓存的空间大小有限，所以一个到达的分组可能发现该缓存被等待传输的分组完全充满了。在这种情况下，将出现分组丢失或丢包(packet lost)。丢失的可能是到达的分组也可能是已经排队的分组之一将被丢弃。
存储转发时延：存储转发机制的存在，决定了会有这个时延。
排队时延：如果到达的分组需要跨越链路传输，但发现该链路正在忙于传输其他分组，该分组必须在输出缓存中等待。因此分组要承受输出缓存的排队时延(queue delay)。
4.分组交换与电路交换对比：统计多路复用
一方面，电路交换不考虑要求而预先分配传输链路的使用，使得已经分配但不需要的链路时间未被利用；另一方面，分组交换使用按需分配的方式分配链路，而不是采用预分配的方式。
资源的统计多路复用(statistical multiplexing)：按需共享资源方式，而不是预分配的方式。
分组交换是趋势。
5.分组是怎样通过分组交换网形成其通路的
在因特网中，每个通过网络传输的分组在它的首部包含了其目的地址，该地址是一种层次结构，当分组到达网络中的一台路由器时，该路由器检查分组的目的地址的一部分，并向相邻路由器转发该分组。
每台路由器都有一个转发表，用于将目的地址映射到输出链路。当分组到达一台路由器时，该路由器检查目的地址，并用这个目的地址搜索转发表，以找到合适的输出链路。然后，路由器将该分组导向输出链路。
因特网具有一些特殊的选路协议，它们用于自动地设置转发表(forwarding table)。
使用Traceroute程序可以看到分组在因特网中的端到端路径。
6.ISP和因特网主干
在公共因特网中，坐落在因特网边缘的接入网络通过分层的ISP层次结构与因特网的其他部分相连。
第一层ISP也被称为因特网主干(Internet backbone)网络。
第二层ISP通常具有区域性或国家性覆盖规模。
第二层ISP被称为是它所连接的第一层ISP的客户(customer)，第一次呢个ISP相对于客户而言是提供商(provider)。
汇集点：在一个ISP网络中，某ISP与其他ISP的连接点被称为汇集点(Point of Presence,POP)
POP就是某ISP网络中的一台或多台路由器组，通过它们能够与其他ISP的路由器连接。
因特网的拓扑很复杂，它由几十个第一层ISP和第二层ISP与数以千计的较低层ISP组成。
四、分组交换网中的时延、丢包和吞吐量
1.分组交换网络中的时延概述
时延的类型：结点处理时延(nodal processing delay)、排队时延(queuing delay)、传输时延(transmission delay)、传播时延(propagation delay)
结点总时延(total nodal delay) = nodal processing delay + queuing delay + transmission delay + propagation delay
nodal processing delay:检查分组首部、决定该分组导向何处、其他因素包括的时间
queuing delay:在队列中，分组在链路上等待传输的时间
transmission delay:又叫存储转发时延，将所有分组的比特推向链路所需的时间
propagation delay:从链路的起点到路由器B传播所需要的时间。
2.排队时延和丢包
3.端到端时延
由结点总时延累加得到
4.计算机网络中的吞吐量
吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率。
当没有其他干扰流量时，吞吐量近似为沿着源和目的地之间路径的最小传输速率。
五、协议层次和它们的服务模型
1.分层的体系结构
利用分层的体系结构，我们可以讨论一个定义良好的、大而复杂的系统的特定部分。
这种简化本身由于提供模块化而具有很高价值，这使得由层所提供的服务的实现易于改变。只要该层对其上面的层提供相同的服务，并且使用来自下面层次的相同服务，当某层的实现变化时，该系统的其余部分就可以保持不变。
对于大而复杂且需要不断更新的系统，改变服务的实现而不影响系统其他部分的能力是分层的另一个重要优点。
协议分层：为了给网络协议的设计提供一个结构，网络设计者以分层(layer)的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。
层的服务模型(service model):每个协议属于一层，某层向上提供的服务(service)。
一个协议层能够用软件、硬件或者两者的结合来实现。
协议栈：各层的所有协议。
应用层：网络应用程序及其应用层协议存留的地方。应用层协议分布在多个端系统上，一个端系统中的应用程序使用协议与另一个端系统中的应用程序交换信息分组。将这种位于应用层的信息分组称为报文(message)。 HTTP SMTP FTP DNS 属于应用层协议。HTTP为文档提供了请求和传送，SMTP提供了电子邮件报文的传输，FTP提供了两个端系统之间的文件传送。域名系统(DNS)将对人友好的端系统名字转换为32比特的网络地址。
运输层：提供了在应用程序端点之间传送应用层报文的服务。
两个运输层协议：TCP和UDP。利用其中的任何一个都能传输应用层报文。
将运输层分组称为报文段(segment)。
网络层：负责将网络层分组从一台主机移动到另一台主机。
源主机中的运输层协议向网络层递交运输层报文段和目的地址。
IP协议：属于网络层协议，该协议定义了数据报中的各个字段以及端系统和路由器如何用于这些字段。
网络层包括了决定路由的选路协议。
2.报文、报文段、数据报和帧
六、攻击威胁下的网络
1.坏家伙能够经因特网将恶意软件放入你的计算机
2.坏家伙能够攻击服务器和网络基础设施
3.坏家伙能够嗅探分组
4.坏家伙能够伪装成你信任的人
5.坏家伙能够修改和删除报文
七、计算机网络和因特网的历史
1.分组交换的发展
2.专用网络和网络互联
3.网络的激增
4.因特网爆炸
5.最新发展
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