计算机网络：自顶向下方法第一章笔记

Posted 2021-06-05 mayunfei233

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了计算机网络：自顶向下方法第一章笔记相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1.7分组交换网络中的延迟、丢包、吞吐量

提问：
假设两条链路的传输速率分别为10Mb和100Mb，谁传输1bit要快一些？

1.7.1计算机网络性能

Data rate(数据传输率)：计算机网络上的主机在数字信道上的传送数据的速率，例如：百兆以太网
Bandwidth(带宽）：频率（Frequency）、传输速度（Transmission rate）
Throughput(吞吐量)：发送方/接收方之间传输的比特数(比特/时间单位)，受限于额定速率（rated speed）

1.7.2通信信道

可以是物理传输介质(如电线)，也可以是通过多路传输介质(如无线电信道)的逻辑连接

将信息信号从一个或多个发送者(或发送端)传递到一个或多个接收者
传输信息的能力——以赫兹为单位的带宽或以每秒比特为单位的数据速率
单向通信（One-way communication）同时从一点传到另一点或同时传到许多点的、在发射点没有接收到信息，也没有从接收点发送信息
半双工传输（Half-duplex）双向交流，但一次只能向一个方向
全双工传输（Full-duplex）允许双向交流

1.7.3时延和丢包是如何发生的？

数据包在路由器缓冲区中排队：

到链路的数据包到达率超过了输出链路容量
包排队，等待轮到自己

数据包延迟的四种来源：

处理时延 dproc
检查位错误
确定输出链接
排队时延 dqueue
在输出链路等待传输的时间
取决于路由器的拥塞级别（缓存）
传输时延 dtrans
R =链路带宽(bps)
L =包长度(bits)
发送比特到链路= L/R的时间
传播时延 dprop
D =物理链路长度
S =在介质中的传播速度(~2x108米/秒)
传播延迟= d/s

在这里插入图片描述
数字示例：
两个主机A、B相距L＝10000Km，由一条直接的带宽R＝1Mbps（220）的链路相连接，假定跨越该链路的传播速度V＝2.5×108mps

传播时延Tp是多少？
在这段时间里，主机A向链路中发送了多少个bit？
Bit与Bit之间的间距l有多长？
Tp＝L÷V＝0.04s
Numb＝Tp× R=41943
l＝L÷ Numb＝238m
L÷V×R是什么含义？
（时延带宽积）

总时延：

在这里插入图片描述

dproc =处理延迟---------------通常是几微秒或更少
dqueue =排队延迟-------------取决于流量强度
dtrans =传输延迟---------------= L/R，低速链路显著
dprop=传播延迟----------------几微秒到几百毫秒

1.7.4排队时延（详细）

对不同分组情况不同：
比如10个分组，第1个无排队时延，最后一个要等待前面9个，有相对较大排队时延。
所以用统计量衡量，如：平均排队时延，排队时延方差，排队时延超过某一特定值的概率。

R =链路带宽(bps)
L =包长度(比特)
a=平均分组到达率（分组/秒 pkt/s）

流量强度= La/R

La/R ~ 0:平均排队延迟小
La/R -> 1:延迟变大
La/R > 1:到达的“工作”比可以服务的多，平均延迟无限!

注意：
如果分组周期性到达，即每L/R秒到达一个分组，则每个分组都将到达一个空队列，即无排队时延
如果分组以突发形式到达，即每（L/R）xN 秒同时到达N个分组，则第一个到达分组无排队时延，第二个分组有L/R秒排队时延，第n个分组有**（n-1）x（L/R）秒**排队时延

在这里插入图片描述

1.7.5丢包

在1.7.4中我们假设队列能容纳无线分组（缓存足够大），但实际上并不会这样。当流量强度接近于1时，排队时延并不会趋于无穷大，相反，新到的分组由于队列已满（没有地方储存新来的分组）会被路由器丢弃（drop） 我们称这种情况为丢包，所以，一个节点的性能不仅要看时延，也要看丢包率。

1.7.6真正的端到端时延

Traceroute

假设：

A、B之间有N-1台路由器
源A向网络发送N个分组，地址指向B
N个分组标为1~N
当第i台路由器接收到标识为i的第i个分组时，不向目的地转发该分组，而是向源A发送一个报文
B收到分组后同上
源A记录每个报文从发送到接收的往返时延，以及每个报文对应的路由器的名字和IP地址
以上过程重复3次，即发送3N个分组

在这里插入图片描述

1.7.7吞吐量

瞬时吞吐量：每一时刻接收到文件的速率（bps）
平均吞吐量：F比特的文件接收用了T秒，平均吞吐量：F/T

多段链路的吞吐量：
在这里插入图片描述
取决于 瓶颈链路（bottleneck link） 的传输速率，类似水管

			min{R1，R2，R3，……，Rn}

例如：
下载一个F=32x10^6比特的文件，服务器有Rs=2Mbps的传输速率，接入链路有Rc=1Mbps的传输速率。则传输文件所需要的时间为:

   			F/min{Rs,Rc}=32x10^6/1Mbps=32s

当然这只是近似的，并没有考虑到储存转发、处理时延和协议等问题
在现在因特网中对吞吐量的限制因素通常是接入网 ，网络核心通常超量配置高速率链路。
在这里插入图片描述
R通常非常大

假如：

公共链路R的速率与Rs，Rc为同一量级
Rs=2Mbps Rc=1Mbps R=5Mbps
10个用户公用一个R

此时下载瓶颈不再位于接入网当中，而是位于核心中的共享链路，每个下载的端到端吞吐量减少到5Mbps/10=500kbps

1.8协议层次及其服务模型

什么是协议？
协议定义了网络实体之间发送和接收消息的格式、顺序以及消息发送和接收时的动作

协议三要素

语法
语义
同步

1.8.1协议分层

为什么要分层？
为了保证准确传递，有很多事情需要处理:

发送指令使链路活跃起来
告诉网络去找到接收端
检查接收端是否准备好了
处理不同格式的数据和信息
传输时还要检查是否有错误
处理时延和丢包
等等等

分层体系结构：
在这里插入图片描述
分层：每层通过以下方式提供服务

在本层中执行了一些动作
依赖使用下层提供的服务

在这里插入图片描述

为什么要分层？

1.8.2 ISO:OSI vs. TCP/IP

ISO: OSI/RM ( Open System Interconnection Reference Model, 开放系统互联基本参考模型)

为了连接不同的网络
1977-1984: ISO 7489
7层
理论上的标准
没有广泛使用

在这里插入图片描述
TCP/IP

行业引导
从1970年到现在:互联网的核心
5层

1.8.3网络协议栈

应用层：网络应用程序
FTP, SMTP, HTTP,POP3
应用层分组：报文
运输层：在应用程序端点之间传送应用层报文
TCP（面向链接服务）, UDP（无连接服务）
运输层分组：报文段
网络层：将数据报从源主机发送到目的主机
IP, 路由选择协议,ICMP,IGMP,RIP
网络层分组：数据报
链路层：为网络层提供服务，网络层将数据报下传到链路层，链路层沿路径传送到下一个节点并上传网络层，将帧从一个网络元素移动到邻近的网络元素
PPP, Ethernet
数据报会受到不同链路层协议的不同服务，如：一个数据报可能被一段链路上的以太网和下一段链路上的PPP所处理。
链路层分组：帧
物理层：将帧的一个个比特从一个节点移动到下一个节点
协议与链路层协议相关，也与传输媒介相关