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什么是计算机网络？
- 计算机网络=通信技术+计算机技术，计算机网络就是一种通信网络
- 计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物
- 通信系统模型如下：
- 定义：计算机网络就是互连的、 自治的计算机集合。
- 自治-无主从关系
- 互连-互联互通
网络协议
- 网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
- 协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、 意义、 顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的“动作” （actions）。
- 协议的三要素
(1)语法（Syntax）
- 数据与控制信息的结构或格式
- 信号电平
(2)语义（Semantics） - 需要发出何种控制信息
- 完成何种动作以及做出何种响应
- 差错控制
(3)时序（Timing） - 事件顺序
- 速度匹配
- 协议规范了网络中所有信息发送和接收过程。e.g., TCP, IP, HTTP, Skype,802.11
计算机网络结构
网络边缘:
- 主机(端系统):
-位于“网络边缘”
-运行网络应用程序
• 如： Web, email - 客户/服务器(client/server)应用模型：
- 客户发送请求，接收服务器响应
- 如： Web应用，文件传输FTP应用
- 对等(peer-peer, P2P)应用模型:
- 无（或不仅依赖）专用服务器
- 通信在对等实体之间直接进行
- 如： Gnutella, BT, Skype, QQ
接入网络，物理介质
- 有线或无线通信链路
网络核心（核心网络）
- 互联的路由器（或分组转发设备）
- 网络之网络
- 网络核心的关键功能:路由+转发
数据交换
电路交换
- 最典型电路交换网络：电话网络
- 电路交换的三个阶段：
- 建立连接（呼叫/电路建立）
- 通信
- 释放连接（拆除电路）
- 独占资源
多路复用
- 多路复用(multiplexing)，简称复用，是通信技术中的基本概念。
- 链路/网络资源（如带宽）划分为“资源片”
- 将资源片分配给各路“呼叫”（calls）
- 每路呼叫独占分配到的资源片进行通信
- 资源片可能“闲置” (idle)(无共享)
- 典型多路复用方法
- 频分多路复用( frequency division multiplexing-FDM )
- 时分多路复用( time division multiplexing-TDM )
- 波分多路复用(Wavelength division multiplexing-WDM)
- 码分多路复用( Code division multiplexing-CDM )
报文交换
报文：源（应用）发送信息整体
分组交换
- 分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
- 分组交换需要报文的拆分与重组
- 产生额外开销
重要知识点笔记
- 计算机网路体系结构：分层结构。优点：结构清晰；易于系统更新维护；有利于标准化。OSI七层模型如下表（从下至上，物理层到应用层）
| 层次 | 功能 |
|---|---|
| 物理层 | 接口特性、比特编码、数据率、比特同步（时钟同步）、传输模式。 |
| 数据链路层 | 负责结点—结点数据传输；组帧；物理寻址；流量控制；差错控制；接入控制。 |
| 网络层 | 可能穿越多个网络，负责原主机到目的主机数据分组交付；逻辑寻址如IP地址；路由器互联网络；分组转发。 |
| 传输层 | 分段与重组；SAP寻址；连接控制；流量控制；差错控制。 |
| 会话层 | 对话控制（建立、维护）；同步（插入同步点，为了数据恢复） |
| 表示层 | 处理两个系统间交换信息的语法与语义问题；数据表示转化；加密/解密；压缩/解压缩。 |
| 应用层 | 件传输（FTP），电子邮件（SMTP）。 |
- 多用复用技术。
将链路/网络资源划分为“资源片”。每路呼叫独占分配到的资源片进行通信。“资源片”可能闲置。
频分，时分，波分（WDM），码分（CDM）。 - 电路交换
报文交换：将信息整体传送至路由器
分组交换：报文拆出来的一系列相对较小的数据包。
统计多路复用，按需共享链路。
报文和存储交换均是按照存储转发方式。 - 分组传输延迟 = L（分组长度）/R（传输速率）；
- 报文交换公式 T（时间）= M（长度）/R（带宽）
分组交换公式 ：采用并行交换，结点存储代价小。
t（传输时延）= M（长度）/R（带宽）
T （时间）= M（报文长度）/R（链路带宽） +ｎ（路由器数）Ｌ（分组长度）／Ｒ（链路带宽）
ｈ（跳步数）＝ ｎ（路由器数）－１
5.分组交换 ｖｓ 电路交换
分组交换允许更多用户同时使用网络。分组交换适用于突发数据传输网络，资源充分共享；简单、无需呼叫建立。缺点：可能产生拥塞（需要协议处理）；难以提供电路级保障。
速率即数据率或比特率。带宽（1）指最高频率与最低频率之差（HZ）（2）在计算机网络中，数字信道所能传送的最高数据率(bps)。
丢包：如果缓存满了，到达分组被丢弃。 - 计算机网络中的四种延迟分别是:结点处理延迟、排队延迟、（传输）发送延迟（发送一个分组所需要的时间）、传播延迟（d（物理链路长度）/s（信号传播速度），如果有多个链路则求和）。
7.时延带宽积 = dprop（传播延迟） * R（带宽），以比特为单位的链路长度。
丢包：丢弃分组可能由前序节点或源重发。丢包率 = 丢包数/总包数。
吞吐量（率）：表示发送端与接收端之间传送数据速率。分为即时吞吐量和平均吞吐量。吞吐量取决于瓶颈链路。
习题
第一题
如图所示网络。A在t=0时刻开始向C发送一个2Mbits的文件；B在t=0.1+e秒（e为无限趋近于0的小正实数）向D发送一个1Mbits的文件。忽略传播延迟和结点处理延迟。
请回答下列问题：
-
如果图中网络采用存储-转发方式的报文交换，则A将2Mbits的文件交付给C需要多长时间？B将1Mbits的文件交付给D需要多长时间？
-
如果图中网络采用存储-转发方式的分组交换，分组长度为等长的1kbits，且忽略分组头开销以及报文的拆装开销，则A将2Mbits的文件交付给C需要大约多长时间？B将1Mbits的文件交付给D需要大约多长时间？
-
报文交换与分组交换相比，哪种交换方式更公平？（即传输数据量小用时少，传输数据量大用时长）
参考答案：
1) 由于A先发报文所以，A的报文在路由器的队列中排在B的报文前面，所以A交付2Mbits报文需要时间为：2/10+2/20+2/10=0.5s=500ms；（3分） B将1Mbits的文件交付给D需要时间为：1/10+2/20(排队时间)+1/20+1/10=0.35s=350ms。（3分） 2. 从t=0时刻到t=0.1s，A发送了1000个分组，用时：1000×1000/10000000=0.1s， 从t=0.1s时刻起与B共享连接路由器的链路，平均各共享到带宽10Mbps，A大约再用时：1/10+2×1000/10000000=0.1002s交付剩余的1000个分组，故A向C交付2Mbits文件大约需要(0.1+0.1002)s≈0.2s；（3分） B向D交付1Mbits文件需要时间大约为：1/10+2×1000/10000000=0.1002s≈0.1s。（3分） 3. 分组交换比报文交换更公平。（2分）第二题
考虑两台主机A和主机B由一条带宽为R bps、长度为M米的链路互连，信号传播速率为V m/s。假设主机A从t=0时刻开始向主机B发送分组，分组长度为L比特。试求：
- 传播延迟（时延）dp；
- 传输延迟dt；
- 若忽略结点处理延迟和排队延迟，则端到端延迟de是多少？
- 若dp>dt，则t=dt时刻，分组的第一个比特在哪里？
- 若V=250000km/s，L=512比特，R=100 Mbps，则使带宽时延积刚好为一个分组长度（即512比特）的链路长度M是多少？
(注：1k=103,1M=106)
第三题
假设主机A向主机B以存储-转发的分组交换方式发送一个大文件。主机A到达主机B的路径上有3段链路，其速率分别是R1=500kbps，R2=2Mbps，R3=1Mbps。试求：
- 假设网络没有其他流量，则传送该文件的吞吐量是多少？
- 假设文件大小为4MB，则传输该文件到主机B大约需要多少时间？
(注：1k=103,1M=106)
