计算机网络(自顶向下)----读书笔记

Posted 2020-10-08 alm

1．端系统和网络核心、协议

　　处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)

　　网络核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。

　　在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。

　　路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

注：分组交换主要有两类，一类叫做路由器，一类叫作链路层交换机。两者的作用类似，都是转发分组，不同点在于转发分组所依据的信息不同。路由器根据分组中的IP地址转发分组，链路层交换机根据分组中的目的MAC地址转发分组。

　　用于网络核心的交换技术主要有两种：电路交换(circuit switching)，分组交换(packet switching)

　　协议(protocol)是通信双方共同遵守的规则，主要用于指定分组格式以及接收到每个分组后执行的动作。

2．两种基本的服务

　（1）面向连接的服务

　　　　保证从发送端发送到接收端的数据最终将按顺序、完整地到达接收端

　　　　面向连接服务的过程包括连接建立、数据传输和连接释放3个阶段。在数据交换之前，必须先建立连接；数据交换结束后，必须终止这个连接。传送数据时是按序传送的。

　　　　有握手信号，由tcp提供，提供可靠的流量控制和拥塞控制

　　（2）无连接服务

　　　　对于传输不提供任何保证

　　　　在无连接服务的情况下，两个实体之间的通信不需要先建立好一个连接，因此其下层的有关资源不需要事先进行预定保留。这些资源将在数据传输时动态地进行分配。

　　　　无连接服务的特点是无握手信号，由udp提供，不提供可靠的流量控制和拥塞控制，因而是一种不可靠的服务，称为“尽最大努力交付”。面向连接服务并不等同于可靠的服务，面向连接服务时可靠服务的一个必要条件，但不充分，还要加上一些措施才能实现可靠服务。

　　　　目前Internet只提供一种服务模型，”尽力而为”，无服务质量功能

3．复用技术

　　概念：是指能在同一传输媒质中同时传输多路信号的技术，目的提高通信线路的利用率。

　　  频分复用（FDM）的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
　　  时分复用（TDM）则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。利用不同的时隙传送不同的信号。

　　  统计时分复用（STDM)在时分复用的基础上根据实际情况“按需分配”。

4．交换技术

　　交换‖(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

　　1、电路交换： 在通信进行过程中，网络为数据传输在传输路径上预留资源，这些资源只能被这次通信双方所使用；

　　2、分组交换：数据被分成一个一个的分组，每个分组均携带目的地址，网络并不为packet传输在沿途packet switches上预留资源，packet switches为每个packet独立确定转发方向.

　　与电路交换不同，链路、交换机/路由器等资源被多个用户所共享，交换机在转发一个分组时的速度为其输出链路的full速度。

注：分组交换一般采用存储转发技术，分组在分组交换机中会经历一个排队(queuing)延迟。排队延迟与交换机的忙闲有关，大小可变。 如果分组到达时缓存已满，则交换机会丢掉一个分组。分组交换网络有两大类1、Datagram（数据报)网络2、Virtual Circuit虚电路网络

　　3、报文交换

　　　　将形成的报文发送给结点交换机，结点交换机把收到的报文存储并送输入队列等待处理。结点交换机再依次对输入队列中报文做适当处理，然后根据报文头中的目的地址选择适当的输出链路。若链路空闲，便将报文发送下一个结点交换机；若输出链路正忙，则将报文送该链路的输出队列等待发送。这样，通过多次转发直至报文到达指定目标。

5．通讯介质及特点

　　导向传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤

　　非导向传输媒体：无线电通讯

　　1.双绞线（Twisted-Pair Copper Wire） 抗电磁干扰，模拟传输和数字传输都可以用

　　2.同轴电缆（Coaxial Cable）广泛用于闭路电视中，容易安装、造价较低、网络抗干扰能力强、 网络维护和扩展比较困难、电缆系统的断点较多,影响网络系统的可靠性。

　　3.光纤（Fiber Optics）传输损耗小，抗雷电和电磁干扰性好，保密性好，体积小，质量轻。

　　4.无线电通讯（Radio）用无线电传输，优点：通讯信道容量大，微波传输质量高可靠性高，与电缆载波相比，投资少见效快。缺点：在传播中受反射、阻挡、干涉的影响。

6、常见网络接入技术

　　接入网络指连接Host到边界路由器的物理链路(last mile)，分为家庭接入、单位接入和无线接入三类。

　　早期家庭上网通常使用拨号网络，利用调制解调器在普通电话线最多以56kbps的速率传输数据，此时在边界路由器处也需要一MODEM。因此，此时的接入网络是包括一对MODEM和一条点对点的电话线。由于速率较低，打电话和上网不能同时进行。

　　目前许多家庭使用宽带接入技术，如xDSL和HFC。

　　xDSL也是在模拟电话线路上传输数字信号，它使用了一种新的调制解调技术并且限定了最大传输距离，因此可以以更高速率进行数据传输。利用ADSL，打电话和上网可以同时进行，两者互不影响。ADSL之上行速率和下行速率不同。上行链路速率可达1Mbps，下行链路速率可达10Mbps。DSL使用频分多路复用技术，将通信链路分为三个频率互不覆盖的信道，分别为：

　　　　1、0~4KHz 的双向语音信道       

　　　　2、4KHz~ 50KHz的上行数据信道       

　　　　3、50KHz~1MHz的下行数据信道

　　另外一种宽带家庭接入网络技术是HFC。HFC与DSL技术不同，HFC在现有的广播有线电视系统基础上发展而来。在有线电视系统中，位于线缆头部的电视台向所有用户广播电视信号，电视信号沿电视台-〉用户方向进行传输和放大。HFC(混合光纤同轴电缆网 )中，Host需要使用叫做线缆Modem的设备接入网络， Cable Modem将link分成上行和下行两个信道。由于信道是在多个用户之间所共享，因此存在拥塞和网络规模问题。与ADSL类似，HFC的上行信道速率要低于下行信道速率，并且整个信道被所有用户所共享。而ADSL使用的是Point to Point信道，是专用信道。

　　无线局域网（WLAN）技术是通过基站传输的网络接入技术，基站与有线网相连的。目前该系列包含三种标准：802.11a（2Mbps）、802.11b (11Mbps)以及 802.11g (54Mbps)。

7、延时分类

　　1、传输时延（发送时延 ）    
　　　　发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。

　　2、传播时延    
　　　　电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。

　　3、处理时延    ：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 
　　4、排队时延   ：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。

　　注：排队延迟是节点延迟中最复杂、也是最有趣的部分。之所以最有趣，指目前或多研究工作就是针对排队延迟来进行的，包括调度算法、缓存策略等。 排队延迟与网络设备的负载状况密切相关，不同分组所经历的排队延迟会随着负载的变化而变化

　　关于发送延迟和传播延迟，容易弄混。需要记住，传输延迟指将一个分组所有bit发送到link上所需的时间，与分组长度和发送速率有关，与两点之间的距离没有任何关系。而传播延迟指一位从链路的一端传播到另一端所需的时间，与link的长度和信号的传播速度有关。

8、TCP/IP的体系结构

　   1）层次、功能、层次之间的关系      

　　2）每层数据包的名称

　　3）每层地址                        

　　4）接口、协议、服务

　　至上而下分为：

　　应用层：包含大量应用普遍需要的协议（如HTTP  FTP  SMTP  DNS等）；应用传递的数据包叫做报文。
　　传输层：负责从应用层接收消息，并传输应用层的message，到达目的后将消息上交给应用。传输层的数据包叫做segment（段）
此层协议有TCP  UDP。　　

　　 网络层：源Host的传输层协议负责将segment交给网络层，网络层负责将segment传输到目的host的传输层，网络层的数据包

叫做datagram（数据报）此层协议有IP。

　　链路层：网络层负责在源和目的之间传递数据，链路层负责将packet从一个节点传输到下一个节点。链路层传输数据的单位叫
做Frame（帧）此层协议有Ethernet、WiFi、PPP协议。
　　物理层：Link层负责将一个Frame从一个Node传递到下一个Node，物理层负责将Frame中的每一位(bit)从链路的一端传输到
另一端，物理层传输数据的单位叫做bit（比特）。

　　另一端，物理层传输数据的单位叫做bit（比特）。

		数据报的名称	功能	层次之间的关系	每层地址
5	应用层	Message报文	支持网络应用	一层嵌到另一层 （每一层次都从上层的导数据， 加上首部信息形成新的数据单元， 将新的数据单元传递给下一层）	不同的应用有不同的地址
4	传输层	Segment报文段	负责应用进程间的通讯		端口号
3	网络层	Datagram数据段	从源到目的地数据报的路由		Ip地址
2	链路层	Frames帧	相邻节点之帧转发		网卡地址
1	物理层	无数据包	比特转发		无

　　互联网是个异常复杂的系统，包括硬件软件，包括应用、协议、端系统、不同种类的通信介质、路由器/交换机等。Internet的体系结构也采用的分层结构， Internet的每一层也是利用本层或下层功能为上层提供一种或多种服务。

　　应用层的地址不止有IP地址还有端口号，传输层、网络层为IP地址，链路层、物理层的地址为MAC地址。 接口在两层之间，协议是同层之间的，服务是下层为上层提供的。

9．应用结构：client/server、P2P、Hybrid of C/S和P2P

　　客户服务器方式所描述的是进程之间的服务和被服务的关系。

　　 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

　　Client/Server的好处是系统管理容易，问题是Server容易成为系统的bottleneck瓶颈.

　　P2P中，没有在C/S中处于中心地位的Server，所有Host的地位平等，叫做Peers，因此这种系统也叫Peer to Peer.

　　P2P中没有必须always on的服务器，并且peer可以随时更换自己的IP。Gnutella是Pure P2P的一个很好的例子。 P2P的最大好处是系统可扩展性（scalability)强。由于每个peer既是Server又是Client, 随着系统中Peer的数量增多，系统的处理能力越强。
　　P2P的问题是可管理性，由于系统是完全分散的、无中心的，管理起来极其困难。

　　Hybrid of C/S和P2P即以上两种方式的结合。

10．常见的应用、服务要求和底层协议

　　部分网络应用的要求:

　　

应用	数据丢失	宽带	时间敏感
文件传输	不能丢失	弹性	不
电子邮件	不能丢失	弹性	不
Web文档	不能丢失	弹性（几kb/s）	不
实时音频/视频	容忍丢失	音频（几kb/s） 视频（10kb/s~5mb/s）	是，100ms
存储音频/视频	容忍丢失	同上	是，几秒
交互游戏	容忍丢失	（几kb/s~10kb/s）	是，100ms
即时讯息	不能丢失	弹性	是和不是

　　流行的因特网应用及其应用层协议和下面的运输协议

应用	应用层协议	下面的运输协议/底层协议
电子邮件	Smtp	tcp
远程终端访问	telnet	tcp
Web	http	tcp
文件传输	ftp	tcp
远程文件服务器	Nfs	Udp或tcp
流媒体	通常专用，如real network	Udp或tcp

　　因特网电话         通常专用，如dlalpad 典型udp

11．HTTP通讯   超文本传输协议

 　　HTTP主要规定了message的结构和client和server交换message的方式。

　　1）B/S的通讯过程、无状态     2）流水线协议和非流水线协议

　　3）持续和非持续方式          4）代理服务器、cookie

　　1.

　　　　1) Browser首先建立与Server的TCP连接
　　　　2) 连接建立起来后，browser和server就向/从Socket发送/接收HTTP的消息。借助TCP的reliable data transfer，HTTP知道消息肯定会到达对方，这就是协议分层的好处。

　　HTTP是一种stateless(无状态)协议，server不保存任何client的任何状态信息。如果server在很短的时间内从browser接收到对某个object的两次请求，server就会发送两次response。

　　2. 非流水线方式：客户在收到前一个响应后才能发出下一个请求。这比非持续连接的两倍 RTT 的开销节省了建立 TCP 连接所需的一个 RTT 时间。但服务器在发送完一个对象后，其 TCP 连接就处于空闲状态，浪费了服务器资源。

　　流水线方式：客户在收到 HTTP 的响应报文之前就能够接着发送新的请求报文。一个接一个的请求报文到达服务器后，服务器就可连续发回响应报文。使用流水线方式时，客户访问所有的对象只需花费一个 RTT时间，使 TCP 连接中的空闲时间减少，提高了下载文档效率。

　　3.  1、非持续连接：建立一次TCP连接，browser和server通过此连接只传输一个request消息和一个respond消息   2、持续连接：建立一次TCP连接，browser和server通过此连接可以传输多个request消息和多个respond消息
　　4.  代理服务器(proxy server)又称为万维网高速缓存(Web cache)，它代表浏览器发出 HTTP 请求。万维网高速缓存把最近的一些请求和响应暂存在本地磁盘中。当与暂时存放的请求相同的新请求到达时，万维网高速缓存就把暂存的响应发送出去，而不需要按 URL 的地址再去因特网访问该资源。

　　Cookie定义如下：Cookie是Web服务器保存在用户硬盘上的一段文本，Cookie允许一个Web站点在用户的电脑上保存信息并且随后再取回它。信息的片断以?名/值‘对(name-value pairs)的形式储存。