因特网概述

  • 网络由若干 结点 与连接这些结点的 链路 组成
  • internet泛指由多个计算机网络互连而成的网络，而Internet特指因特网
  • 三级计算机网络：主干网→地区网→校园网/企业网
  • 三层ISP结构：主干ISP——地区ISP——本地ISP，ISP即为因特网服务提供者
  • 早期的计算机网络面向终端：以 单个主机 为中心的 星形网 ，而现在的分组交换网则是以 网络 为中心，主机处在网络的外围
  • 网络的分类：广域网（WAN）、局域网（LAN）、城域网（MAN）、个人局域网（PAN） / 公用网、专用网

因特网的组成

  • 边缘部分：所有连接在因特网上的主机组成。
  • 核心部分：大量网络和连接这些网络的 路由器 组成，为边缘部分提供连通性和交换服务。

核心部分的路由器一般用高速链路相连接，而边缘部分的主机接入到核心部分则用相对较低速率的链路连接。

边缘部分

  • 两种通信方式：
    • 客户-服务器方式（C/S，Client/Server）：客户端主动向服务端发送请求，服务端被动等待请求。
    • 对等方式（P2P，Peer-to-Peer）：不区分服务请求方与提供方，两者可以进行平等的、对等连接的通信。

核心部分

  • 核心部分起特殊作用的是路由器，用于实现 分组交换 ，任务是转发收到的分组。
  • 交换的本质：按照某种方式 动态地分配 传输线路的资源。

电路交换☎️

特点：面向连接。

三个阶段：建立连接——通信——释放连接。

缺点：由于计算机数据具有突发性，导致通信线路的利用率很低。

计算机数据不是每时每刻都在发送，所以这一条线路只有在有数据发送的时候才会被利用，相当于平时就把这条线路浪费了。所以有了分组交换👇

分组交换

基本步骤：

  1. 先把较长的报文划分成较短的、 固定长度 的数据段。
  2. 每一个数据段前面添加上 首部 构成分组。这些分组就是数据传输的基本单元，将其依次发送到接收端。（TIPS：每一个分组的首部都含有 地址 等控制信息，交换网中的交换机根据这个地址来转发到下一个交换机。）
  3. 接收端剥去首部得到报文，然后将其整合恢复。

优点：高效（动态分配带宽，对链路逐段占用）、灵活（以分组为单位）、迅速（不用建立连接和释放连接，直接采用地址）、可靠（网络协议和分布式路由）。

缺点：在各结点存储转发的时候需要排队，就会造成 时延 。分组必须携带首部，造成了额外开销。

路由器🦌

  • 路由器的输入和输出端口之间没有直接连线。
  • 处理过程：把收到的分组放入 缓存 —— 查找 转发表 ，找到目的地址应该从哪个端口转发 —— 把分组送到对应的端口。
  • 主机与路由器的差别：主机为用户进行 信息处理 ，路由器对分组进行 存储转发 。

计算机网络的性能

速率

  • 即数据率、比特率，单位为b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s
  • 往往指 额定速率 或 标称速率

带宽

  • 指数字信道能传送的 最高数据率 ，单位为比特每秒b/s
  • 时域上信号的宽度随带宽的增大而变窄（单位时间的信号量更大）

吞吐量🤮

  • 单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据率
  • 受网络的带宽与速率限制

时延

发送时延

  • 发送数据时，数据帧从结点进入到传输媒体所需要的时间，即从数据帧第一个比特被发送到最后一个比特被发送之间所需的时间。
  • 发送时延 = 数据帧长度 / 发送速率
  • 提高链路的带宽可以减小发送时延

传播时延

  • 电磁波在信道中传播一定的距离所花费的时间
  • 传播时延 = 信道长度 / 信号的传播速率

处理时延

  • 交换节点为存储转发而进行处理所花费的时间

排队时延

  • 结点缓存队列中分组排队所经历的时延
  • 取决于当时的通信量

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

时延带宽积

  • 时延带宽积 = 传播时延 x 带宽
  • 又称以比特为单位的链路长度

利用率

  • 信道利用率 体现信道中有多少时间是有数据通过的，完全空闲的信道利用率为零
  • 网络利用率 是全网络信道利用率的加权平均值
  • D = D0 / ( 1 - U )，D为网络当前时延；D0为网络空闲时的时延；U为利用率，取值为0~1。

可以看出，当利用率提高时，网络的时延会迅速增加，所以利用率并非越高越好，而应该取一个合适的值

网络的体系结构

相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作，而这种协调相当复杂。所以引入了 分层 的方法，将庞大的问题分成小问题。

网络中的数据交换必须遵守约定好的规则，即网络协议。

  • 分层的好处：各层之间独立、灵活性好、结构上可分隔开、易于实现和维护、能促进标准化工作。
  • 层数太少会使每一层的协议太复杂，而层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到太多困难。

TCP/IP协议体系结构分为：应用层、运输层、网络层与网络接口层，但网络接口层并没有具体内容，所以采取折中的方法，综合OSI与TCP/IP的优点，采用五层协议的体系结构： 应用层 | 运输层 | 网络层 | 数据链路层 | 物理层 。