計算機網絡_筆記

時間 2019-11-09

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第一章計算機網絡和因特網

什麼是因特網

電腦和手機等設備被稱爲主機或端系統，這些設備經過通訊鏈路和分組交換機鏈接到了一塊兒。緩存

端系統之因此叫端系統，是由於它們位於網絡的邊緣。因爲端系統上能夠運行程序，因此又能夠稱爲主機。服務器

主機能夠被分爲客戶和服務器。數據中心中運行着大量的服務器（如谷歌的數據中心）。網絡

通訊鏈路也就是平時所見的傳輸數據用的電纜或者光纖等物理媒體。分組在通訊鏈路中傳送，其傳送的速度用傳輸速率（bit/s，bps）來度量。app

分組（package）能夠認爲是被打包傳送的數據。數據在發送端被拆分紅若干分組，並在這些分組的前面加上首部字節，而後發送給接收端，接收端收到全部分組後，將數據還原爲初始數據。分組傳輸時所通過的路徑（path）由通訊鏈路和分組交換機共同組成。分佈式

分組交換機比如是咱們生活中高速公路上的交叉口，兩種比較著名的分組交換機爲路由器和鏈路層交換機。路由器通常在網絡核心中使用，鏈路層交換機則在接入網中使用。spa

端系統經過ISP（因特網服務提供商）接入因特網。電信、聯通等電話公司都是咱們生活中常常接觸到的ISP。ISP其實也是由通訊鏈路和分組交換機組成的網絡。計算機網絡

網絡中的設施都運行着一系列協議，TCP/IP協議是因特網的基礎。3d

TCP：傳輸控制協議
IP：網際協議。定義了在路由器和端系統之間發送和接受的分組格式？

因特網標準由IETF研發，IETF的標準文檔稱爲RFCblog

分佈式應用程序：可以讓多個端系統之間相互交換數據的應用程序接口

套接字接口的做用：規定一個端系統上的程序向另外一個端系統上的程序交付數據的方式。是某主機的程序發送數據給另外一臺主機的程序時必須遵循的一套規則集合。就比如郵寄信件時，必須按照規定格式填寫收件人地址，套接字接口的做用就比如這種規定。

協議：協議定義了在兩個或多個通訊實體之間交換的報文的格式和順序，以及報文發送/接受一條報文或其餘事件時所採起的動做。類比到咱們生活中，兩我的對話的過程就比如執行協議。報文的格式相似於咱們與他人對話時要遵照的一些表達上的規矩，不能冒犯人家。說話時，通常是你一句，我一句，報文也是按照這樣的順序進行發送和接受。咱們聽到別人的一些請求後，可能會採起一些行動，好比有人讓你幫他倒杯水，你聽到了，而且作了，那麼就能夠說你接收到了一條報文，並按照報文的內容來執行倒杯水這個動做。

網絡邊緣

接入網

端系統經過物理鏈接到邊緣路由器，造成接入網。邊緣路由器是端系統到任何遠程端系統的路徑上的第一臺路由器。

① 家庭接入：DSL、電纜、FTTH、撥號和衛星

1. DSL（數字用戶線）接入，由本地電話公司負責。

DSLAM：數字用戶線接入複用器

選擇這種因特網接入方式的每戶家庭中，都有一臺DSL調制解調器，用來將數字數據轉化爲高頻音。轉化完成後，使用電話線（雙絞銅線）傳到分配器（分配器可分隔數字信號和電話信號），分配器將高頻音發送到在位於本地電話公司的本地CO（中心局），中心局中有一臺DSLAM能夠將高頻音信號轉回爲數據（也能夠分隔數字信號和電話信號），而後將數據傳送到因特網。

2. 電纜接入，由有線電視公司負責。

使用了HFC（混合光纖同軸）系統，在光纖節點和CMTS之間的路段使用光纜鏈接，從節點到每家每戶則使用同軸電纜。HFC網絡的用戶家庭中會有一臺電纜調制解調器（cable modem），其做用相似於DSL網絡中的DSL調制解調器。電視公司有一臺CMTS（電纜調制解調器端接系統），做用相似於DSLAM。

電纜因特網接入的一大特徵是共享廣播媒體，意思是，對於Figure 1.6 中的電纜因特網系統，同一時間內使用因特網的用戶越多，網速就越慢，反之，則越快，但也會有個網速上限。

3. FTTH（光纖到戶，Fiber To The Home）

光纖分佈的一些方案：

直接光纖：每家每戶都拉一根光纖。
AON（主動光纖網絡）
PON（被動光纖網絡，Figure 1.7）：每家都有一個與家庭的路由器相連的ONT（光纖網絡端接器），ONT能將電信號轉化爲光信號，並傳輸到光纖分配器中，分配器將光信號發送到本地電話公司的中心局中。中心局的OLT可以將光信號轉回電信號，並經過中心局的路由器發送到因特網。

4. 衛星

在偏遠地區的用戶能使用衛星鏈路來連入因特網。

5. 撥號

用戶經過電話線撥號接入因特網，這種接入方式所帶來的網速慢到懷疑人生。

② 企業（和家庭）接入：以太網和WiFi

以太網和WiFi原本主要在企業裏使用，後來走進了人們的家庭。

WiFi其實就是無線LAN（局域網）

物理媒體

物理媒體分爲導引型媒體和非導引型媒體

導引型媒體，傳播電信號的固體媒體，比較經常使用的有：

雙絞銅線，最便宜，最經常使用。UTP（無屏蔽雙絞線），主要用於局域網中。

同軸電纜，經常使用於電纜電視系統中

光纖，傳導光脈衝，每一個光脈衝表明1比特。不受電磁干擾，衰減低，難竊聽。通常用於長途傳播信號。

非導引型媒體：陸地無線電和衛星無線電

網絡核心

分組交換

對於來自上一條鏈路的分組，分組交換機採用存儲轉發傳輸機制。存儲轉發傳輸機制指的是，分組交換機只有在接收到一個分組的全部比特後，纔會將這個分組發往下一條鏈路。分組交換機具備輸出緩存，分組到達交換機了以後，可能交換機正在準備發送前一個到達它的分組，這時候新到達的分組就須要被暫時緩存起來，即「排隊等待」，這就形成了排隊時延。因爲交換機的緩存大小是有限，若是到達它的分組實在太多，那麼後面到達的分組頗有可能會丟失，即發生了分組丟失（丟包）。

路由器如何決定將分組轉往哪條鏈路？

分組的首部會包含目標的的IP地址，路由器讀取該IP地址的一部分，而後經過一張轉發表來查找合適的出鏈路。這個過程就比如寄快遞，好比要寄一個到浙江省杭州市火影鎮木葉小區14幢樓211室的包裹，快遞公司拿到這個目標地址後，會先提取這個地址的一部分（浙江省），而後將這個包裹發送到位於浙江的快遞中心。浙江的快遞中心再提取這個地址的一部分（杭州市），把這個包裹發往杭州市，以此類推，最後發到包裹收件人家裏。轉發表能夠將目標IP地址的一部分映射爲合適的輸出鏈路。轉發表由路由選擇協議自動設置生成。

電路交換

與分組交換相比，電路交換預留了兩端系統之間通訊所須要的資源，也就是可以確保以穩定的速率將數據從起始端交付給目標端。咱們傳統的電話網絡就是應用了電路交換。分組交換網絡儘量地輸送數據，可是對於數據是否能被實時交付，分組交換網絡不作任何保證。

上圖是個簡單的電路交換網絡，有4個路由器被4條鏈路鏈接在一塊兒，每條鏈路中有4條電路。圖中藍色線段部分鏈接了兩個端系統，對於端到端系統之間的鏈路而言，該鏈接佔用了整條鏈路1/4的傳輸容量，即若是一條鏈路的傳輸容量爲1Mbps，則該電路佔用了250kbps的傳輸容量。

電路交換是經過頻分複用（FDM）或者時分複用（TDM）來實現的。

FDM：鏈路的頻譜被建立在這條鏈路上的全部鏈接共享，每一個鏈接都有屬於本身的頻段，頻段的寬度被稱爲帶寬

TDM：每條電路在短期間隔內週期性地得到全部帶寬。

電路交換和分組交換的對比：電路交換常常會出現靜默期，即兩個用戶的端系統之間的鏈接仍然存在，但兩用戶並無使用這條鏈接來傳輸任何數據，這會致使資源的浪費。而分組交換則可能存在數據到達的速率不穩定，中途還可能出現擁塞的狀況。但分組交換會是將來的趨勢。