计算机网络(一)概述

网络的网络

网络把主机连接起来,而互联网是把多种不同的网络连接起来,因此互联网是网络的网络。

ISP

互联网服务提供商 ISP 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。

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主干 ISP、地区 ISP 和本地 ISP。

互联网交换点 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

1. 客户-服务器(C/S):客户是服务的请求方,服务器是服务的提供方。

2. 对等(P2P):不区分客户和服务器。

电路交换与分组交换

(以上分别为:电路交换、报文交换以及分组交换)

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%。

2. 报文交换

报文交换用于邮局通信系统,邮局接收到一份报文之后,先存储下来,然后把相同目的地的报文一起转发到下一个目的地,这个过程就是存储转发过程。

3. 分组交换

分组交换也使用了存储转发,但是转发的是分组而不是报文。把整块数据称为一个报文,由于一个报文可能很长,需要先进行切分,来满足分组能处理的大小。在每个切分的数据前面加上首部之后就成为了分组,首部包含了目的地址和源地址等控制信息。

存储转发允许在一条传输线路上传送多个主机的分组,也就是说两个用户之间的通信不需要占用端到端的线路资源。

相比于报文交换,由于分组比报文更小,因此分组交换的存储转发速度更加快速。

时延

总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延

1. 发送时延

主机或路由器发送数据帧所需要的时间。

其中 l 表示数据帧的长度,v 表示发送速率。

2. 传播时延

电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间,电磁波传播速度接近光速。

其中 l 表示信道长度,v 表示电磁波在信道上的传播速率。

3. 处理时延

主机或路由器收到分组时进行处理所需要的时间,例如分析首部、从分组中提取数据部、进行差错检验或查找适当的路由等。

4. 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。

计算机网络体系结构*

1. 七层协议

如图 a 所示,其中表示层和会话层用途如下:

1. 表示层:信息的语法、语义以及它们的关联,如加密解密、转换翻译、压缩解压缩;
2. 会话层:不同机器上的用户之间建立及管理会话。

2. 五层协议

1. 应用层:为特定应用程序提供数据传输服务,例如 HTTP、DNS 等。数据单位为报文。

2. 运输层:提供的是进程间的通用数据传输服务。由于应用层协议很多,定义通用的运输层协议就可以支持不断增多的应用层协议。运输层包括两种协议: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;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,数据单位为用户数据报。TCP 主要提供完整性服务,UDP 主要提供及时性服务。

3. 网络层:为主机之间提供数据传输服务,而运输层协议是为主机中的进程提供服务。网络层把运输层传递下来的报文段或者用户数据报封装成分组。

4. 数据链路层:网络层针对的还是主机之间的数据传输服务,而主机之间可以有很多链路,链路层协议就是为同一链路的结点提供服务。数据链路层把网络层传来的分组封装成帧。

5. 物理层:考虑的是怎样在传输媒体上传输数据比特流,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。

3. 数据在各层之间的传递过程

在向下的过程中,需要添加下层协议所需要的首部或者尾部,而在向上的过程中不断拆开首部和尾部。

路由器只有下面三层协议,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,因此也就不需要运输层和应用层。

4. TCP/IP 体系结构

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。

现在的 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。

TCP/IP 协议族是一种沙漏形状,中间小两边大,IP 协议在其中占用举足轻重的地位。

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