计算机网络和因特网

因特网中,计算设备例如PC、服务器、手机、手表等,称为主机host或端系统end system。端系统通过通信链路communication link和分组交换机packet switch的网络连接到一起。
不同的链路以不同的速率传输数据,链路的传输速率以比特每秒bit/s或bps度量。当一台端系统要向另一台端系统发送数据时,发送端系统将数据分段,并为每段加上首部字节。由此形成的信息包用计算机网络的术语来说就是分组packet。
分组交换机从一条入通信链路接收到达的分组,并从它的一条出通信链路转发该分组。两种常见的分组交换机是路由器router和链路层交换机link-layer switch。链路层网络交换机通常用于接入网中,而路由器通常用于网络核心中。
用于传送分组的分组交换网络在许多方面类似于承载运输车辆的运输网络,分组交换机类似于交叉口。
端系统通过因特网服务提供商Internet Service Provider ISP接入因特网。
IP协议定义了在路由器和端系统之间发送和接收的分组格式。
与因特网相连的端系统提供了一个套接字接口socket interface。
端系统也称为主机,因为它们容纳(即运行)应用程序,主机=端系统。
接入网是指将端系统物理连接到其边缘路由器的网络。家庭接入有几种不同的方式:DSL、电缆、FTTH和5G固定式无线。数字用户线DSL使用现有的电话线。电缆使用现有的有线电视线。FTTH光纤到户,有两种光纤分布体系结构,有源光纤网络AON和无源光纤网络PON。家庭中绝大多数使用的都是PON,PON中,每个家庭都有一个光纤网络端接器ONT,由光纤连接到邻近的分配器(光分路器)splitter,家庭中使用一台路由器与ONT相连。
端系统彼此交换报文message。为了从源端系统向目的端系统发送一个报文,源将长报文划分为较小的数据块,称为分组packet。每个分组通过数据链路和分组交换机传送,交换机主要有路由器和链路层交换机两类。
如果经过一条链路发送一个L bit的分组,链路的传输速率为R bps,则传输该分组的时间为L/R s。
多数分组交换机使用存储转发传输机制,是指转发前必须接收到整个分组。
通过N条速率均为R的链路,发送一个分组需要的时间是:N * L / R,发送P个分组的时延是:(N + P - 1) * L / R,解释:1. 什么时候轮到最后一个分组开始发送?(P - 1) * L / R。2. 最后一个发送到目的地需要多少时间?N * L / R
分组交换机对于每条与其相连的链路,具有一个输出缓存(输出队列),如果到达的分组需要传输到某条链路,但发现该链路正忙于传输其他分组,该分组在输出缓存中等待。因此除了上面说到的存储转发时延,分组还要承受输出缓存的排队时延。如果缓存满了,将会出现分组丢失(丢包)packet loss。
每个路由器具有一个转发表forwarding table。端到端选路过程可以用一个不使用地图而喜欢问路的汽车驾驶员来类比。
通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法:电路交换和分组交换。电路交换网络中,在端系统间通信会话期间,预留了端系统间沿路径通信所需要的资源(缓存,链路传输速率)。在分组交换网络中,这些资源不是预留的,会话的报文按需使用这些资源,后果可能是等待接入通信线路。传统的电话网络是电路交换网络的一个例子。
TODO:网络的网络:P21
时延:1. 处理时延:检查分组首部、决定将分组导向何处、检查比特级别的差错等等。2. 排队时延。3. 传输时延:分组长度L / 链路传输速率R。4. 传播时延:路由器之间的距离d / 传播速率s。
传输时延和传播时延的区别:传输时延是路由器推出分组所需要的时间,与路由器之间的距离无关。类比高速公路收费站,收费站是路由器,传输时延是收费站处理的时间,传播时延是在公路上行驶的时间。有时还会出现下面的情况:一个分组的前几个比特到达了一台路由器,而该分组中许多余下的比特仍然在前面的路由器中等待传输。
时延中最复杂和有趣的是排队时延,排队时延很大程度取决于流量到达该队列的速率、链路的传输速率和到达流量的性质(周期性到达还是突发到达)。假设所有分组由L bit组成,a为分组到达队列的平均速率(单位为分组每秒pkt/s),则La bps为比特到达队列的平均速率,R时传输速率,即从队列中推出比特的速率,单位为bps,那么La / R为流量强度,如果大于1,则表示比特到达的平均速率超过从该队列传输出去的速率,队列会逐渐增长。
Traceroute,假设源和目的地之间有N-1台路由器,源发送N个特殊的分组,分组有从1-N的标识,第n台路由器接收到第n个标识对应的分组后,会向源会送一个报文,这样就能重建分组从源到目的地所采用的路由。
瞬时吞吐量是主机接收到文件的速率(单位为bps,下载时显示的)。吞吐量取决于数据流过的链路的传输速率。当没有其他干扰流量时,吞吐量能近似为路径中的最小传输速率,但考虑干扰流量时,例如许多其他数据也通过该链路流动,那也可能会形成瓶颈链路。
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