计算机网络：自顶向下方法 第一章笔记

Posted 2021-06-05 mayunfei233

目录

• 术语
• 什么是互联网？
• • 网络类别
  • “nuts and bolts” view
  • a service view
• 什么是协议？
• 网络边缘
• 网络核心
• • 电路交换（Circuit Switching）
  • • FDM----频分多路复用
    • TDM----时分多路复用
    • STDM----统计时分复用
  • 分组交换（packet Switching）
  • 我该用分组交换还是电路交换？
  • • 分组交换

术语

LAN 局域网 Bandwidth 带宽
WAN 广域网 infrastructure 基础设施
Router 路由器 Ethernet 以太网
Switch 交换机 Multiplexing 多路复用
Protocol 协议 Encapsulation 封装
Packet 数据包/报文/分组 Stack 栈
ISP 因特网服务提供商 FDM 频分复用
TCP 传输控制协议 TDM 时分复用
UDP 用户数据报协议 congestion 拥挤拥塞
Intranet 内网 Extranet 外网

什么是互联网？

计算机网络：
计算机网络是由多台计算机通过电信系统连接在一起，以实现数据、资源和通信的共享。

网络类别

按拓扑结构分类：

• 总线拓扑
• 星型、树形拓扑
• 环状拓扑（单环、双环）

按规模分类：

• LAN（MAN）----局域网
• WAN ---------------广域网
• Internet------------互联网

按边界分类：

• Intranet-------内部网（私有网）
• Extranet------外部网（公共网络）

“nuts and bolts” view

协议控制消息发送接收：
TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

互联网-网络的网络：
松散的分层、公共网络VS私有网络

互联网标准：
RFC–>请求注解、IETF–>互联网工程任务组(Internet Engineering Task Force)

a service view

• connectionless unreliable------------非连接的不可靠服务
• connection-oriented reliable---------可靠的面向连接服务

什么是协议？

定义了两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文发送和/或接收一条报文或其他事物所采取的动作。

网络边缘

• 端系统（主机）：
  可分为客户端和服务器（client/server model）
• 面向连接服务（connection-oriented service）：
  在发送任何数据之前，终端设备使用协议建立端到端逻辑或物理连接。面向连接协议在以下三个步骤或过程中提供服务:握手、数据传输、连接终止
  TCP：
  HTTP (Web), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)
• 无连接服务（connectionless service）：
  一种不需要在设备之间建立连接来传输数据的服务
  当一个设备有数据要发送时，它就向另一个设备发送数据
  本服务不提供可靠的传输服务
  UDP：
  streaming media, teleconferencing, DNS, Internet telephony、QQ

网络核心

电路交换（Circuit Switching）

在端系统通信会话期间，预留了端系统间沿路径通信所需要的资源（缓存、链路传输速率）
在这个电路交换网络中，用4条链路（link）互联了4台电路交换机，每条链路都有4条电路（circuit），A向B发送报文使用了第一条链路中的第二条电路和第二条链路中的第四条电路。如果两台临近交换机之间每条链路具有1Mbps的传输速率，则每个端到端电路交换链接将得到250kbps专用的传输速率。

• 电路交换多用于传统电话网络*
• 电路交换是面向连接的服务*
• 该电路保证信道的全部带宽，并在通信会话期间保持连接*

FDM----频分多路复用

带宽：在链接期间链路为每条链接专用一个频段，该频段的宽度称为带宽，电话网络中频段宽度通常为4kHz

TDM----时分多路复用

在TDM中时域被分割为帧，图中每个帧又被分为4个时隙（slot），如果链路每秒传8000个帧，而每个时隙由8个比特组成那么每条电路的传输速率为64kpbs

数字实例：
一个640K比特的文件通过电路交换网络从主机A发送到主机B需要多长时间?

• 所有链路都是1.536 Mbps
• 每个链路使用24slots/s的时分复用
• 500毫秒建立端到端电路

传输速度：1.536Mbps÷24=64Kbps
传输时间：640K÷64Kbps=10s
创建时间：0.5s
总共时间：10.5s

电路交换因为在静默期（silent period）专用电路空闲而不够经济！

STDM----统计时分复用

分组交换（packet Switching）

源将长报文划分为较小的数据块，称之为分组（packet）

• 用户A、用户B报文共享网络资源
• 每个分组使用全链路带宽
• 根据需要使用资源
• 整个包必须到达路由器，然后才能在下一个链路上传输:存储和转发

分组交换不预留资源，可能会产生资源冲突：

• 总资源需求可能超过可用的数量
• 拥塞（congestion）:报文排队，等待链路使用
• 存储和转发:数据包每次移动一跳，节点在转发前收到完整的数据包

注意：

• 带宽不划分，分组使用全部带宽
• 没有专用信道分配
• 没有资源预留

通过由N条速率均为R的链路组成的路径，从源到目的地发送一个分组所需的端到端时延：

		d=N(L/R)

在P个分组的情况下：

	  d=(N+P-1)*（L/R）

我该用分组交换还是电路交换？

分组交换

• 提供比电路交换更好的带宽共享
• 比电路交换更简单、更有效、实现成本更低

分组交换可以让更多的用户使用网络：

假定：

1. 多个用户共享一个1Mbps的链路
2. 10%几率用户活跃
3. 用户活跃时以100kbps产生数据

电路交换：
在所有时间内为每个用户预留100kbps，所以只能支持1Mbps/100kbps=10个用户使用

分组交换：
假如有35个用户，有11个或更多的用户同时活跃的概率为0.0004，当有10个或更少用户活跃时，无时延，与电路交换相同

分组交换是“灌篮高手”：

假定：

1. 10个用户
2. 某个用户突然产生1000个1000比特的分组
3. 其他用户静默
4. 1Mbps链路速率

电路交换：
在每帧具有10个时隙且每个时隙包含1000比特的TDM电路交换情况下，只有一个时隙工作，剩余9个空闲，该用户传输完10^6比特数据需要10秒

分组交换：
以1Mbps的全部链路速率发送数据

结论：
分组交换性能优于电路交换性能，趋势朝向分组交换发展