计算机网络复习笔记---第一章（计算机网络和因特网）

（整理的资源主要来自老师的PPT和课本）第一章主要是对计算机网络的大体认识，重点在于网络的性能那里，比如如何计算各种时延，带宽之类的。

首先放一个思维导图整理的框架



先对计网里面的一些缩写做一些说明（emmmm，考试要考，做个整理）

 缩写：

ISP：因特网服务提供商

TCP：传输控制协议

IP：网际协议

RFC：请求评论

IETF：因特网工程任务组

API：应用程序编程接口

DSL:数字用户线

ADSL:非对称数字用户线路

FTTH:光纤到户

HFC：混合光纤同轴电缆网

UTP：无屏蔽双绞线（用于局域网中）

STP：屏蔽双绞线

TP：双绞线

FDM：频分复用

TDM：时分复用

Statistical multiplexing：统计复用

OSI/RM：开放系统互连参考模型

术语：

Communication link：通信链路

transmission rate：传输速率

protocol：协议

dial-up：拨号

Internet standard：因特网标准

distributed application：分布式应用程序（涉及多台相互交换数据的端系统）

physical medium：物理媒体

guided media：有线介质//导引型媒体

unguided media：无线介质//非导引型媒体

store-and-forward transmission：存储转发传输

packet switching：分组交换

circuit switching：电路交换

nodal processing delay:结点处理时延

queuing delay:排队时延

transmission delay:传输时延

propagation delay:传播时延

band width：带宽

end-to-end connection:端到端连接

store-and-forward transmission：存储转发传输

traffic intensity:流量强度

instantaneous throughput：瞬时吞吐量

average throughput：平均吞吐量

service model：服务模型

 protocol stack：协议栈

top-down approach：自顶向下方法

total nodal delay:结点总时延

encapsutation：封装 
distributed  application:分布式应用

intranets:内联网（不是内网）

计算机网络初识

计算机网络可以由两种描述方式，架构上的（A nuts and Bolts Description）和服务上的（Aservice Description）。

架构上来说

（1）主机（host）或端系统（end system），路由器（router），主机又可分为Client和Server。
（2）Communication link 通信链路   传输速率用Bit/second  （b/s）表示
（3）TCP/IP协议
（4）分组交换 packet switching

服务上来说

communication infrastructure enables distributed applications:

• Web, VoIP, email, games, e-commerce, file sharing

communication services provided to apps:

• reliable data delivery from source to destination

• “best effort” (unreliable) data delivery

协议

协议的定义:一个协议定义了两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，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。（协议是学习计网最重要的一部分）

网络边缘:

包括应用和主机，有两种模式，C/S model （客户和服务器模式，客户可以向一直在线的服务器请求数据，服务器回复数据）和peer-peer model（对等体模式）
网络边缘提供了两种服务：面向连接的服务和无连接的服务
（1）Connection-Oriented Service(面象连接的服务)

reliable, in-order byte-stream data transfer（可靠,有序的字节流数据传输）

acknowledge：通过确认来表示正确收到报文。

retransmission：充分保证将传输错误的报文重新发送。
他还有流量控制，流量控制的原因是接收方的速率低于发送方，导致一些分组丢失。
也有拥塞控制，原因是网络中的负载太大，出现堵塞的情况。比如TCP协议就是因特网面向连接的服务的一个例子。
（2）Connectionless Service 无连接服务，比如UDP，是不可靠的数据传输，没有流量控制和拥塞控制。

接入网和物理介质

接入网是将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。一般有三种方式：住宅接入，机构接入和移动接入。（记住他们的带宽和是否专用）

住宅接入的4种方式：
Modem：通过当地ISP拨号上网，Modem对数字信号和模拟信号进行互换，上网速度56K。
ISDN：综合业务数字网，上网速度为128K，第一代ISDN（N-ISDN采用电路交换的方式，144K；第二代是B-ISDN，快速分组交换方式--贡献ATM）
ADSL：非对称数字用户线，可达8M，分为了3个频宽。
HFC：混合同轴光纤网
机构接入：以太网和WiFi
无线接入：3G和LTE
无线局域网（wireless LANs）：使用无线频谱替代网线
广域无线访问：CDPD：通过蜂窝式网络无线访问ISP路由器

物理介质:分为有线介质和无线介质。

（1）有线介质：双绞线，无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线
同轴电缆：主要用在有线电视网和电视天线之间的电缆
光纤：高速点对点传输，低误码率
（2）无线介质:使用频谱传送信号，双向，受传播环境影响：反射，障碍物阻隔和干扰
无线链路类型有：微波，LAN（e.g.WaveLAN），广域网，卫星

网络核心

网络核心是由因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络。
网络通过电路交换和分组交换两种方式传输数据。
Circuit Switching电路交换：在整个通信线路保持，同时保存线路中的资源，例如：电话系统，呼叫时建立铜线连接。
电路交换因为是独占信道，当有多个主机时，就要考虑复用信道的问题，有两种复用方法：频分多路复用FDM和时分多路复用TDM。

 FDM：将频率域划分为多个频段，每条电路陆续地得到部分带宽。每一时刻能同时存在多路信号。适合于模拟信号传输。
TDM：时间被划分为固定区域的帧，并且每帧又被划分为固定数量的时隙。每条电路在短时间间隔（即时隙）中周期的得到所有带宽。每一时刻，只能存在一路信号。适用于数字信号传输。 

分组交换packet switching：是源端系统向目的端系统发送一个报文message，源将报文划分为较小的数据块，称之为分组packet，再通过通信链路和分组交换机传送。分组交换机再链路的输入端使用存储转发传输（store-and-forward transmission）机制。即交换机在向输出链路传输该分组的第一个比特之前必须接受到整个分组。在这里我们就可以开始考虑时延与性能的问题了。
分组交换使用的是统计复用，与电路交换相比，分组交换能够更好的处理突发数据，因为他不用建立呼叫连接，能够实现资源共享。

但他也有他的缺点，比如分组延迟和丢包。

分组交换网络有两种，数据报网络和虚电路网络。这个在后面第4章还会详细讲。

在讨论网络核心的时候，性能是十分重要的，刚刚已经提到了分组交换会导致时延和丢包，这里主要说的是队列时延。由于路由器的缓冲区的大小是

有限的并且输出口连了很多线路的情况下，就会导致许多分组需要排队才能被转发出去，当缓冲区满时新的分组无法进入，就会出现丢包的情况。

接下来我们系统的讨论一下几大时延，计算题就是从这里开始的。
Processing delay（处理延迟,微秒级）：
Queuing delay（队列延迟,毫秒~微秒）：
Transmission delay（传输延迟,微秒级）：将packets的所有bits传送到链路上的时间，一般用L/R计算，
L是packets的长度，单位bit，R是此链路的速率。
propagation delay（传播延迟）：链路上传播的时间，一般用D/S计算，D就是两个路由器之间的距离（单位米），S就是传播速率（单位米每秒）
节点时延就是这四种时延的总和
dnodal=dproc+dqueue+dtrans+dprop
端到端时延：
dnodal=dproc+dqueue+dtrans+dprop



dend-end=Q dnode

吞吐量：瞬时吞吐量是在任何瞬间主机A接收文件的速率。

平均吞吐量是主机A接收F比特的文件，用去T秒，则为F/T。
吞吐量中的流量可类比于水，链路可类比为管道，所以吞吐量是由最窄的那根管道决定的；公式为R=min{R1，...Rn}所以其实吞吐量不仅取决于沿着路径传播的速率，而且取决于干扰流量。意思就是如果有多个主机共用了一条链路，那么在所有主机都在发文件的时候，他们必须共享速率，此时吞吐量将下降。

协议层次及其服务模型

利用分层的体系结构，我们可以讨论一个定义良好的，大而复杂系统的特定部分，所以网络设计者以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件，具有概念化和结构化的优点。
各层的所有协议被称为协议栈。
ISO提出的OSI参考模型共有7层：从上到下分别是
应用层，表示层，会话层，运输层，网络层，链路层，物理层。





因特网的协议栈是5层：从上到下为：应用层，运输层，网络层，链路层，物理层。



分层之后就设计到一个很重要的概念了就是encapsulate封装，在发送主机端，一个应用层报文被传输给运输层，然后运输层收取到报文并附上附加信息，即运输层首部信息，该首部将被接收端的运输层使用。应用层报文和运输层首部一起构成了运输层报文段。因此运输层报文段封装了应用层报文。下面几层也都会封装。

再就是一些名词的概念了：
Enity实体：每一层的活动元素。软件实体-进程，硬件实体。
peer Enity：不同机器上的同一层的实体。
end-to-end端到端：源实体与目的实体之间好像直接连接，进行通信
point-to-point点到点：对等实体间的通信由一段一段的直接相连的机器间通信组成。

这里有一些每层的简介呀，因为后几章有更加详细的讲，就不再复习了，然后面对攻击的网络，网络历史呀啥的也省略了。

小结一下：第一次写博客呢，就是按照ppt和课本整理的资料，其实讲得也不清楚，这一章主要是对计算机网络有一个大体的认识嘛，记一记概念啥的，然后就是把老师强调的复习重点挑出来了。下一篇博客就是第一章的一些题目。