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计算机网络基本知识

10分钟阅读

Internet

构成

  • 数据包通过通信链路、路由器和交换机在主机和终端系统之间传输
  • 松散分层，由公共和专有 Internet 构成
  • 协议控制发送和接收的信息

协议

定义通信实体之间交换报文的格式与次序，以及在报文发送和接收等方面采取的行动

协议的基本要素：语法、语义和同步

  1. 语法：通信数据和控制信息的结构与格式
  2. 语义：对具体时间应该发出何种控制信息，完成何种动作已经做出何种应答
  3. 同步：对事件实现顺序的详细说明

网络边缘部分

Client/Server 模型

接入网

  1. 住宅接入：早先采用拨号，无法同时上网和电话。然后是 ADSL（非对称数字用户线路），HFC（混合光纤同轴电缆）。上行速率小于下行速率。
  2. 机构接入网络（LAN local area network）局域网： Ethernet（流行的 LAN 技术）：共享（共享式以太网）或者独占（交换式以太网）链路。
  3. 无线移动接入网络：无线局域网（wireless LANs） 广域无线接入网（wide-area wireless access）
  4. 物理介质：屏蔽双绞线，非屏蔽双绞线，同轴电缆，光纤线缆，无线电磁波等，分为
    1. 引导型媒体：信号在固态介质中有向传播，如光纤、双绞线、同轴电缆
    2. 非引导型媒体：信号在大气空间中自由传播，如无线电
      1. 地面微波（45Mbps）
      2. 局域无线信道（11Mbps）
      3. 广域无线信道，3G4G5G
      4. 卫星信道，300Mbps，250ms 延迟

网络核心部分

电路/分组交换

电路交换

每次会话预留路径上的独占资源，电路级性能，专用网络资源。呼叫建立、通信、释放链接。

按链路带宽分片分类：频分多址 FDM，时分多址 TDM

  • 分片分配到会话。如果没有会话使用那就空载
  • 电路级性能（有保证）
  • 要求建立一个专门的端到端线路。即预先分配一条独占的物理或逻辑路径 （包含所有中间链路和交换设备），这条路径在整个通信过程中 完全专属于本次会话 ，即使通信间歇期其他用户也无法占用。如通过 TDM 划分的时隙或 FDM 划分的频段，一旦分配给某次通信，其他通信无法使用。

FDM, Frequency Division Multiple Access

将总带宽（频率范围）划分为多个 互不重叠的子频段 ，每个用户独占一个固定频段进行通信。

  • 静态分配：每个用户分配固定的频段（即使未使用，其他用户也无法占用）。
  • 并行传输：所有用户可同时发送数据（通过不同频段）。
  • 需保护频带：相邻频段之间需留出保护间隔（避免信号干扰）。

TDM, Time Division Multiple Access

将时间划分为固定长度的时隙（Time Slot） ，每个用户轮流占用全部带宽的某个时隙。

  • 动态分配：用户仅在分配的时隙内使用全部带宽（其他时间信道空闲）。
  • 串行传输：用户按时间片轮流发送数据。
  • 需严格同步：所有用户必须与主时钟同步，确保时隙对齐。

分组交换

端到端的数据流划分称为分组，共享网络资源，分组存储转发，每个分组使用全部链路带宽，资源按需使用。分组交换允许更多的用户使用网络，但同时面临大量的突发数据和过渡竞争等问题

  1. 数据包网络：TCP/IP，目的地址决定下一跳，会话期间的路由可以改变
  2. 虚电路网络：ATM（异步传输模式）MPLS（多协议标签交换）：标签决定下一跳，且确定固定的路径，路由器为连接维护状态信息

时延、丢包、吞吐率

  • 丢失：分组到达缓冲区队列处排队，超出容量则容易延迟甚至丢失
  • 时延：节点处理、排队、传输、传播时延

R=链路带宽，L=分组长度，a=平均分组到达率，d=物理链路长度，s=介质信号传播速度。

  • R/L：分组传输速率，即每秒钟传输多少个分组。
  • d/s：传播时延。即信号从链路一端到另一端所需的时间
  • 排队时延。队列中分组的平均等待时间。
    • La=每秒到达的比特数，R 是每秒可以传输的比特数。两个相除是流量强度：到达的速率/传输速率
    • 流量强度很小的时候，分组稀疏到达，无队列，排队延时接近于 0
    • 流量强度大于 1 的时候，输出队列平均位到达速率超过送走这些位的极限速率，输出队列持续增长，排队延迟趋于无穷大

吞吐量和瓶颈链路

木桶效应，最小吞路部分决定吞吐量。该路径称为瓶颈链路。一般不是中间部分，而是靠近端点的部分。

Internet 主干（Internet Backbone） 和 ISP（Internet Service Provider）

Internet 主干是互联网的核心高速传输网络，由超高速光纤链路、核心路由器以及国际/洲际互联节点组成，负责在不同区域网络之间跨地域传输海量数据。

Tier 1 主干 → Tier 2 主干 → Tier 3 本地 ISP → 终端用户  
（全球覆盖） （区域覆盖） （城市/社区接入）

ISP 是向用户提供互联网接入及数据传输服务的商业或非营利组织，按服务范围分为三级： 层级 特点 典型代表

​层级​​特点​​典型代表​
​Tier 1​拥有全球主干网，与其他 Tier 1 免费对等互联（无需付费）AT&T、中国电信、德国电信
​Tier 2​租用 Tier 1 带宽，服务区域或国家，需付费购买骨干网接入Comcast（美国）、NTT（日本）
​Tier 3​本地接入服务商，从 Tier 2 购买带宽转售给终端用户小区宽带、企业专线提供商

分层体系结构

NOTE

一开始是 ISO 七层模型，后来 TCP/IP 实现着急简化成四层，后来又把最下面一层分开成链路和物理层了，变成现在常用的五层结构。

应用层，传输层，网络层，链路层，物理层。对应的 PDU（Protocol Data Unit）：

分层架构PDU该层的任务代表协议
应用层报文 message支持网络应用，报文传送FTP, SMTP, HTTP
传输层报文段 segment主机进程间数据段传送TCP, UDP
网络层数据报 datagram主机（源目标节点）间分组传送IP 协议、路由协议
链路层帧 frame相邻网络节点间的数据帧传送PPP, Ethernet
物理层bit物理介质上的比特传送
  • 对等实体：两台计算机上同一层所属的程序、进程或实体称为该层的对等程序、对等进程或对等实体。
  • 各层分层进行逻辑通信。

关系图谱

最近笔记

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