计算机网络 - 概述

• 计算机网络 - 概述
  • 网络的网络
  • ISP
  • 主机之间的通信方式
  • 电路交换与分组交换
    • 1. 电路交换
    • 2. 分组交换
  • 时延
    • 1. 排队时延
    • 2. 处理时延
    • 3. 传输时延
    • 4. 传播时延
  • 计算机网络体系结构
    • 1. 五层协议
    • 2. OSI
    • 3. TCP/IP
    • 4. 数据在各层之间的传递过程

网络的网络

网络把主机连接起来，而互连网（internet）是把多种不同的网络连接起来，因此互连网是网络的网络。而互联网（Internet）是全球范围的互连网。

ISP

互联网服务提供商（Internet Service Provider, ISP），如中国移动、联通和电信，可以从互联网管理机构 获得许多 IP 地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备，个人或机构向 ISP 缴纳一定的费用就可以接入互联网（即可用于访问互联网的公网 IP 地址）。

目前的互联网是一种多层次 ISP 结构，ISP 根据覆盖面积的大小分为第一层 ISP、区域 ISP 和接入 ISP。互联网交换点（Internet eXchange Point, IXP）允许两个 ISP 直接相连而不用经过第三个 ISP。

主机之间的通信方式

• 客户 - 服务器（Client/Server, C/S）：客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

• 对等（Peer to Peer, P2P）：不区分客户和服务器，即图中每一个节点既可以是 client，也可以是 server。

电路交换与分组交换

1. 电路交换

电路交换用于 电话通信系统 ，两个用户要通信之前需要建立 一条专用的物理链路 ，并且在整个通信过程中 始终占用 该链路。由于通信的过程中不可能一直在使用传输线路，因此电路交换对线路的利用率很低，往往不到 10%。

可以在主干链路上利用 多路复用技术，只占用链路的部分带宽，如使用按频率、按时隙占用等，让不同通信信号在同一条链路上进行传输而不互相干扰。

2. 分组交换

每个分组都有首部和尾部 ，包含了源地址和目的地址等控制信息， 在同一个传输线路上同时传输多个分组互相不会影响 ，因此在同一条传输线路上允许同时传输多个分组，也就是说分组交换 不需要占用 传输线路。

在一个邮局通信系统中，邮局收到一份邮件之后，先存储下来，然后把相同目的地的邮件一起转发到下一个目的地，这个过程就是存储转发过程，分组交换也使用了存储转发过程。

时延

总时延 = 排队时延 + 处理时延 + 传输时延 + 传播时延

1. 排队时延

分组 在路由器 的输入队列和输出 队列中排队等待的时间，取决于网络当前的通信量。

2. 处理时延

主机或 路由器收到分组时，在设备内部进行处理的时间，例如分析首部、从分组中提取数据、进行差错检验或查找适当的路由等。

3. 传输时延

主机或 路由器传输数据 帧所需要的时间。

$$delay=\frac{l(bits)}{v(bits/s)}$$

其中 $l$ 表示数据帧的长度，$v$ 表示传输速率。

4. 传播时延

电磁波 在信道中传播 所需要花费的时间，电磁波传播的速度接近光速。

$$delay=\frac{l(m)}{v(m/s)}$$

其中 $l$ 表示信道长度，$v$ 表示电磁波在信道上的传播速度。

计算机网络体系结构

1. 五层协议

• 应用层 ： 为特定应用程序 提供数据传输服务，例如 HTTP、DNS 等协议。数据单位为报文 message。
• 传输层 ： 为主机中的进程 提供通用数据传输服务。由于应用层协议很多，定义通用的传输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。传输层包括两种协议：
  • 传输控制协议 TCP：提供面向连接、可靠的数据传输服务，数据单位为报文段 segment。
  • 用户数据报协议 UDP：提供无连接、尽最大努力的数据传输服务，数据单位为报文段 segment。
  • TCP 主要提供完整性服务，UDP 主要提供及时性服务。
• 网络层 ： 为主机 提供数据传输服务。网络层把传输层传递下来的报文段 segment 封装成 分组 packet (packet = segment/datagram)。
• 数据链路层 ： 为同一链路的主机 提供数据传输服务。数据链路层把网络层传下来的分组封装成 帧 frame。
• 物理层 ：考虑的是怎样在传输媒体上 传输数据比特流 bit，而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层感觉不到这些差异。

个人理解，每层的数据单位就是看报文封装、解封装时的头部信息，如在链路层时，可识别的头部是以太头 [DMAC | SMAC | TYPE]，称为帧。

2. OSI

其中表示层和会话层用途如下：

• 表示层 ：数据压缩、加密以及数据描述，这使得应用程序不必关心在各台主机中数据内部格式不同的问题。

• 会话层 ：建立及管理会话。

五层协议没有表示层和会话层，而是将这些功能留给应用程序开发者处理。

3. TCP/IP

它只有四层，相当于五层协议中 数据链路层和物理层合并为网络接口层。

TCP/IP 体系结构不严格遵循 OSI 分层概念，应用层可能会直接使用 IP 层或者网络接口层。

4. 数据在各层之间的传递过程

在 向下 的过程中，需要 封装 下层协议所需要的首部或者尾部，而在 向上 的过程中不断 解封装（拆开）首部和尾部。

路由器只有物理层、数据链路层、网络层三层协议，因为路由器位于网络核心中，不需要为进程或者应用程序提供服务，因此也就不需要传输层和应用层。

本文修改自：https://github.com/CyC2018/CS-Notes