计算机网络和因特网

Internet

Internet，中文正式译名为因特网，又叫做国际互联网。它是由那些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的全球网络。一旦你连接到它的任何一个节点上，就意味着您的计算机已经连入Internet网上了。Internet目前的用户已经遍及全球，有超过几亿人在使用Internet，并且它的用户数还在以等比级数上升。

从服务的角度来看：

Internet就是使用通信设施进行通信的分布式应用，其中通信基础设施为apps提供编程接口（通信服务），为app应用提供无连接不可靠服务和面向连接的可靠服务。

具体构成

  • 节点：
    • 主机及其上运行的应用程序
    • 路由器、交换机等网络交换设备
  • 边：通信链路
    • 接入网链路：主机连接到互联网的链路
    • 主干链路：路由器间的链路
  • 协议：对等层实体在通信交换过程中应该遵守的规则协议。协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作

网络边缘

边缘系统：

如果要用现有的技术术语描述的话，边缘网络包括汇聚层网络和接入层网络的一部分或全部， 是接入用户的最后一段网络。由主机和应用程序（客户端和服务器）组成。

服务模式：

  • 客户/服务器模式：（一种主从模式）服务器主，客户端从；客户端请求的所有资源都来自于服务器。

  • 对等模式：（P2P模式）每个结点既是客户端又是服务器。在分布式文件分发系统中大行其道，例如迅雷。

通信方式：

  • 面向连接的服务：利用传输层TCP协议可靠地、按顺序地传送数据；并具有流量控制、拥塞控制的功能。
  • 面向无连接的服务：利用传输层UDP协议不可靠数据传输数据，并无流量控制、拥塞控制。例如流媒体、远程会议、DNS。

网络核心

网络核心就是由路由器组成的网状网络。

image-20230320093336029

数据传输

image-20230320152413416

  • 电路交换：为每个呼叫预留一条专有电路：如电话网
    • 频分复用：频分复用FDM就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。
    • 时分复用：时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。
  • 分组交换：（存储转发，提高共享性 ）
    • 特性：
      • 将要传送的数据分成一个个单位：分组
      • 将分组从一个路由器传到相邻路由器（hop） ，一段段最终从源端传至目标端
      • 每段采用链路的最大传输能力（带宽）
    • 排队延迟：如果到达速率>链路的输出速率，分组会排队等待传输，如果路由器缓存使用完，分组会被丢弃。
    • 关键功能：
      • 路由：利用路由算法决定分组采用的源到目标的路径
      • 转发：将分组从路由器的输入链路转移到输出链路
    • 实现方式：
      • 数据报网络
      • 虚电路网络

接入网和物理媒体

接入方式

  • 住宅接入网络

    线缆网络：

    线缆和光纤网络将个家庭用户接入到ISP 路由器。

    image-20230321100348659

    modem方式接入：

    将上网数据利用调制器调制加载音频信号上，在电话线上传输，在局端将其中的数据解调出来；反之亦然。有效的利用了原来有的电话线资源，节约了成本。但是带宽很小被淘汰了。

    digital subscriber line (DSL)

    采用现存的到交换局DSLAM的电话线

    • DSL线路上的数据被传到互联网
    • DSL线路上的语音被传到电话网

  • 单位接入网络（学校、公
    司）

    image-20230321100745539

  • 无线接入网络

    • 无线LANs：建筑物内部
    • 广域无线接入：由电信运营商提供

物理媒体

  • 同轴电缆：两根同轴的铜导线。
  • 光纤：光脉冲，每个脉冲表示一个bit，在玻璃纤维中传输，低误码率安全。
  • 无线链路：开放空间传输电磁波，携带要传输的数据。

网络结构

网络结构：

image-20230322100303019

  • POP：高层ISP面向客户网络的接入点，涉及费用结算
    • 如一个低层ISP接入多个高层ISP，多宿( multi home)
  • IXP：多个对等ISP互联互通之处，对等接入通常不涉及费用结算
  • ICP：自己部署专用网络，同时和各级ISP连接。

分组延时和丢失

分组延时

image-20230323094301991

  1. nodal processing：节点处理延时
  2. queueing：排队延时
  3. transmission：传输延时
  4. propagation：传播延时

分组丢失

  • 链路的队列缓冲区容量有限
  • 当分组到达一个满的队列时，该分组将会丢失
  • 丢失的分组可能会被前一个节点或源端系统重传，或根本不重传

协议层次及服务模型

网络是一个复杂的系统！网络功能繁杂：数字信号的物理信号承载、点到点、路由、rdt、进程区分、应用等

image-20230328103957955

层次化方式实现复杂网络功能：

  • 将网络复杂的功能分层功能明确的层次，每一层实现了其中一个或一组功能，功能中有其上层可以使用的功能：服务
  • 本层协议实体相互交互执行本层的协议动作，目的是实现本层功能，通过接口为上层提供更好的服务
  • 在实现本层协议的时候，直接利用了下层所提供的服务
  • 本层的服务：借助下层服务实现的本层协议实体之间交互带来的新功能（上层可以利用的）+更下层所提供的服务

服务( Service)：低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力

  • 服务用户(service user)

  • 服务提供者(service provider )

原语(primitive)：上层使用下层服务的形式，高层使用低层提供的服务，以及低层向高层提供服务都是通过
服务访问原语来进行交互的—形式
服务访问点SAP (Services Access Point) ：上层使用下层提供的服务通过层间的接口

服务类型：

  1. 面向连接的服务( Connection-oriented Service)

    • 连接(Connection)：两个通信实体为进行通信而建立的一种结合
    • 面向连接的服务通信的过程：建立连接，通信，拆除连接
    • 面向连接的服务的例子：网络层的连接被成为虚电路
      • 适用范围：对于大的数据块要传输; 不适合小的零星报文
      • 特点：保序
      • 服务类型：
        • 可靠的信息流传送页面(可靠的获得,通过接收方的确认)
        • 可靠的字节流远程登录
        • 不可靠的连接数字化声音

  2. 无连接的服务(Connectionless Service)

    • 无连接服务：两个对等层实体在通信前不需要建立一个连接，不预留资源；不需要通信双方都是
      活跃；(例：寄信)
    • 特点：不可靠、可能重复、可能失序
    • IP分组，数据包；
    • 适用范围：适合传送零星数据；
    • 服务类型：
      • 不可靠的数据报电子方式的函件
      • 有确认的数据报挂号信
      • 请求回答信息查询