计算机网络知识点复习第一章

下面是推荐食用的教材，也是本博客内容的知识点来源参考。

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1.1 互联网基本知识介绍：

• 主机（host, 端系统, end system）：电脑，手机，网络等等终端设备。
• 端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起
• 分组交换机：路由器(router)，链路层交换机(link-layer switch)。
• 通信链路：一些信号传输的媒体，比如光纤，铜线，电缆，卫星无线电道等等。
• 协议（protocol）：TCP,IP,UDP等等，控制网络的行为。
• 分组（package）：端系统发送的信息包。
• 因特网标准：指定的标准，比如IETF,RFC。
• 因特网服务供应商（ISP）：端系统通过ISP接入互联网。

下面是英文的解释：

重要问题的理解：

1. 什么是协议 ：

   协议定义了两个或者多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文发送和接收或者其他事件采取的动作。说人话就是计算机之间通过网络交流时，必须要遵守的规则。 下面是一张好图。

2. 什么是套接字接口（socket） ：

   和因特网连接的端系统都提供了一个套接字接口，该接口规定了端系统之间的数据交付的方式。 一个例子：Alice要给Bob (两个端系统) 寄一封信，那么Alice就要把信 (数据) 写好，然后贴上邮票，写好地址，然后放进邮筒 (一套流程) ，邮局有自己的一套邮政服务接口，这是Alice必须遵循的，否则寄不出去，同样对于互联网也是这样。socket发挥的就是这样的一个接口功能。

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1.2 互联网基本知识介绍：

• 网络边缘（network edge）：电脑，手机，服务器等终端所处的因特网位置。
• 接入网（access network）：无线，有线等接入方式。
• 网络核心（network core）：由一些互联的路由器构成。
• 传输延迟（transimission delay）：传输分组所用的时间。

计算公式：

$$Delay=\frac{L}{R}$$

英文的解释：

接入网：

• 家庭接入：DSL，FTTH，拨号，卫星

  • DSL:数字用户线，就是使用电话线接入网络，大多数家庭使用的接入方式，电话供应商提供电话和网络接入的服务。一般来说功能由DSLAM（数字用户线接入复用器）实现，使用频分复用的技术，分配器（splitter）把信号分配给电话或者计算机。
    
  • FTTH:光纤到户，使用电缆(cable)和光纤(fiber)混合传输而非传统的铜线，因此传输速度会更快。具体细节不多讲，可以去翻书。

  

• 企业接入：以太网

  • 以太网：以太网用户与一台以太网交换机(ethernet switch)相连，以太网交换机通过某个机构交换机(institutional router)和更大的互联网相连，速度很快，速度通常为100Mbps。

  

• 无线接入：WIFI，蜂窝网络技术

  • 无线局域网（LAN）：家里用的WiFi，超市，图书馆等等。
  • 广域无线网络：3G,4G,5G等等。

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1.3 网络核心中的分组交换：

• 分组交换：
  1 把要传输的数据（L bits）分成一个一个的分组(packeage)。
  2 存储转发分组（速度为 R bps）。
  3 产生传输延迟。

• 计算题（非网状）（$L=7.5Mbits,R=1.5Mbps$）：
  • 单个路由器：$delay=7.5/1.5=5s$
  • 多个路由器(N台)：$delay=N\ast \frac{L}{R}=5Ns$ (计算方法就像流水线原理一样)

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• 电路交换：
  1 把要传输的数据（L bits）分成一个一个的分组(packeage)。
  2 预留了端系统沿路径所需要的资源（缓存，链路传输速率），相当于建立了一个端对端的连接。
  3 频分复用和时分复用。
  4 简单的类比区别：考虑两家饭店，一家需要顾客预定，因此必须要耗费时间去预定，但是可以保证有位置，而另一家饭店不需要预定，随到随坐。但是要面对没有位置的情况。

• 计算题（FDM、TDM）通过电路交换网络，将来自主机A的640kb的文件发送到主机B需要多长时间？（所有链路为 $1.536Mbps$ 每个链路使用TDM，$24$个slot/秒，消耗$500$毫秒建立端到端电路）

• $1s$内每一个人只能分到的带宽：$bw=1.536Mbps/24=64kbps$
• 传输时间：$delay=\frac{640kb}{bw}=10s$
• 总时间为：$time=delay+t_0=10+0.5=10.5s$

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总的来说，分组交换的方式总是提供了和电路交换差不多的性能，但是允许的用户使用量是电路交换的三倍多，电路交换只有在非常多的用户同时在线时才拥有优势，因为此时分组交换延迟高，容易丢包，体验差。今天的互联网绝大部分到采取的是分组交换的方式。

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1.4 分组交换的时延，丢包和吞吐量：

• 时延：

  1 处理时延：检查分组首部和路由选择等等。
  2 排队时延：分组只能一个一个发送，所以有排队时延。
  3 传输延迟(transmission)：传输分组所用的时间。
  4 传播延迟(propagation)：比特在物理链路传输的时间。
  5 传输时延表达的是将所有的分组送到物理链路的时间，而传播时延才是分组里面的比特在实际链路传输的时间。实在不懂的就看看下面的例子。
  
  例子：
  

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• 流量强度：

  1 分组到达队列的平均速率：a。
  2 假设所有的分组长度都为：L。
  3 传输速率：R。
  4 流量强度：aL/R。

  流量强度不能大于1，如果大于1，那么表明进大于出，队列不会空闲，会产生大量丢包！！并且随着流量强度接近1，排队时延会迅速大比例增加。

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• 吞吐量：

  1 类似于短板的问题，就是说网络的瓶颈传输速率在于最小的那个。(如图第一个例子，R=min(Rs,Rc))
  2 吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率。
  3 如今的吞吐量取决于接入网。
  

  我觉得吞吐量的问题实际是网络流问题。

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1.5 分层体系结构：

• 应用层：该层分布于各个端系统上，位于应用层的信息分组叫做报文。
• 传输层：因特网的运输层在端系统之间传送应用层的报文，位于该层的分组叫做报文段。
• 网络层：因特网的网络层将称为数据报的分组从一台主机传送到另外一台主机。
• 链路层：一个数据报可能被不同的链路上的链路协议处理，链路层的分组叫做帧。
• 物理层：物理层的任务是将帧中的比特一个一个从一个节点传送到另一个节点。

下面的是报文的封装传输流程：