【计算机网络】计算机网络和因特网

一.基本术语介绍

端系统通过通信链路（communication link）和分组交换机（packet switch）连接到一起，连接这些端系统和分组交换机的物理媒体包括：同轴电缆，铜线，光纤和无线电频谱。而不同的物理媒体具有不同的传输速率（transmission rate），传输速率以比特/秒（bit/s)来度量

• 分组：
  当一台端系统要想另一台端系统发送数据的时候，发送端系统将数据进行分段，并且为每一段加上头部信息（首部字节），由此形成的信息包用计算机网络的术语来说就叫分组。
• 分组交换机：
  分组交换机通过输入链路接收到达的分组，并且通过输出链路发送该分组。
  市面上最著名的交换机分为：路由器和链路层交换机。链路层交换机通常用于接入网中，而路由器通常用于网络核心中。
• 因特网服务提供商（ISP）：
  端系统通过ISP接入网络，这里的ISP可以自己组织，现在有的就包括住宅区ISP，公司ISP，大学ISP等等，这些ISP都是独自管理的，可能一个ISP下还存在多个ISP，较低级的ISP通过较高层的ISP，国家ISP，国际ISP进行互联，但是要注意的是：无论是高级ISP还是低级ISP，都运行IP协议，遵从一定的命名规则。
• 协议：
  端系统，分组交换机上都要运行一些列协议，这些协议控制因特网中信息接收和发送。因特网的主要协议统称为TCP/IP。
  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顺序，以及报文发送和（或接收）和其他事件所采取的动作。
• 分布式应用程序：
  简单理解就是：运行在端系统上软件，需要在不同端系统上进行通信（交换数据），这些软件就被称为分布式应用程序。
• 套接字接口（socket interface）：
  与英特网相连的端系统提供了套接字接口，该接口规定了运行在一个端系统懂行的应用程序请求英特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的程序交付数据的方式。

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二.网络边缘

• 边缘路由器：
  端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。

1.接入网

将端系统物理连接到其他边缘路由器的网络。
家庭接入：DSL，电缆，FTTH，拨号和卫星

1. DSL（数字用户线）：
   数字用户线，概述就是最初的时候，电话线和因特网用同一根线，由于是由本地电话公司获得的，所以家庭的ISP是本地电话公司。
2. 电缆：
   电缆因特网接入利用了有线电视公司的基础设施，住宅从提供有线电视的公司获得了电缆因特网接入，在这里要注意的是：光缆将电缆头段连接到地区枢纽，从这里使用传统的同轴电缆到达各家各户
   混合光纤同轴系统（HFC）
3. 光纤到户（FTTH）：
   有源光纤网络（ANO）和无源光纤网络（PON）
4. 除此之外，如果条件限制不能使用DSL，电缆和FTTH，还能使用卫星链路将住宅与英特网相连，但是速度较慢。

企业（家庭）接入：以太网和WIFI
广域无线接入：3G和LTE

2.物理媒体

比特在物理媒体中“发射-接收”是通过物理媒体传播电磁波或者光脉冲实现的。
物理媒体被分为导引型媒体和非导引型媒体，导引型媒体就是说，点播沿着固体媒体前行，二非导引型媒体，电波在空气中或外层空间中传播。
双绞铜线，同轴电缆，光纤，陆地无线电信道，卫星无线电信道

3.网络核心

分组交换
端系统之间交换报文，源将长保温划分为较小的数据块，称之为分组。

1. 存储转发和传输：
   简单来说，就是一台交换机需要将A主机发送来的数据转发到主机B上去，在这个过程中，交换机只接收到来自主机A某个报文的第一个字节的时候，是不能向主机B发送的，这个报文完整地到达交换机之后，交换机才能开始向主机B进行传输。
2. 排队时延和分组丢失：
   假设有这样一种情况：主机A和主机B需要同时通过一个交换机向主机C发送报文，假设有三个分组，如果三个报文都进入了交换机的输入缓存中，这时候要向C发送，但是在2和3到达输出端口的时候，发现1还没有传输完成，这时候2和3就进入该交换机的输出缓存中，并且等待1传输完成，这就带来了排队时延，一种极端的情况，如果该交换机的输出缓存已经满了，那么后来到达的分组，就被丢弃，这就造成了分组丢失。
   3.转发表和路由选择协议
   电路交换
   电路交换与分组交换的区别：
   电路交换之前，预留端系统间沿路径通信所需要的资源（缓存，链路传输速率），而在分组交换中，不需要预留。
3. 电路交换网络中的复用：
   频分复用和时分复用
4. 分组交换与电路交换对比
5. 网络的网络

4.分组交换网中的时延，丢包和吞吐量

• 分组交换网中的时延概述：
  情景假设：HostA要通过一台路由器向HostB发送分组
  1. 处理时延：
     当来自HostA的分组到达路由器，路由器需要检查分组的首部，并且决定将该分组导向何处所需的时间就叫做处理时延。
  2. 排队时延：
     我们知道当一个分许到达路由器，只有在该输出链路上没有其他分组正在传输的时候才会发送该分组，如果该链路上有其他分组正在传输，则该分组进入输出缓存（排队），等待传输，它经受排队时延。
  3. 传输时延：
     路由器推出分组所需要的时间它是分组长度和传输速率的函数，与两台路由器之间的距离无关。
  4. 传播时延：
     传播时延是一个比特从一个路由器到另一个路由器所需要的时间，它是两台路由器之间距离的函数。
• 端到端的时延：
  使用cmd命令：tracert www.baidu.com来查看端到端这途中经历的路由器路径和时延。
• 计算机网络中的吞吐量：
  情景假设：P2P文件共享系统中一个对等方向另一个对等方发送一个大视频片段
  瞬时吞吐量：任何一个瞬间，接收主机所接收到该文件的速率
  平均吞吐量：F/T
  我们在一个连接中所说的吞吐量实际上是瓶颈链路的传输速率，即min{Rc,Rs}。今天对因特网吞吐量的限制因素通常是接入网。

5.协议层次以及其服务模型

各层所有的协议被称作协议栈。因特网的协议栈由五个层次组成：应用层，运输层，网络层，数据链路层，物理层

1. 协议分层：
   应用层：
   应用层是网络应用程序以及他们的应用层协议留存的地方，应用层协议分布在多个端系统上，而一个端系统中的应用程序使用协议与另一个端系统中的应用程序交换信息分组，我们把这种位于应用层的信息分组称为报文。
   传输层：
   英特网的传输层在应用程序端点之间传送应用层报文。我们把运输层的分组称为报文段。
   网络层：
   英特网网络层负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。
   链路层：
   因特网的网络层通过源和目的地之间的一系列路由器路由数据报。为了将分组从一个节点移动到路径上的另一个节点，网络层必须依靠该链路层的服务。特别是在某个节点，网络层将数据报下传给链路层，链路层沿着路径将数据报传递给下一个节点。我们将链路层分组称为帧。
   物理层：
   将帧中的一个比特从一个节点移动到下一个节点。

6.网络安全

• 僵尸网络
• 自我复制
• 病毒
• 蠕虫
• 拒绝服务攻击（DoS）
• 分布式Dos（DDoS）
• 分组嗅探器