Lingfeng's Starry Night
Series

01引言

Lingfeng2025-02-20

01引言

1. 网络

1.1 网络分类（按地域规模）

  • 个域网PAN（ Personal Area Network ）
    • 能在设备之间进行短距离通信的网络
    • 覆盖范围一般在10米半径以内，如蓝牙耳机等
  • 局域网LAN（Local Area Network）
    • 局部地区形成的区域网络，如企业网络
    • 电脑WLAN接入，打印机共享等
  • 家庭网络（Home Network ）
    • 家庭中的LAN，如华为“全屋智能”，电力猫
  • 城域网MAN（Metropolitan Area Network ）
    • 范围覆盖一个城市的网络，如有线电视网、LTE/5G
  • 广域网WAN（Wide Area Network）
    • 覆盖很大地理区域，乃至覆盖地区和国家

1.2 互联网的层次结构

  • 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。
  • 层次结构：过去为由地区ISP向主干ISP缴费，现在为内容供应商（CP）->网络服务提供商（ISP）->客户。

1.3 互联网的构成

  • 网络边缘
    • 端系统： 位于互联网边缘与互联网相连的计算机和其他设备，由各类主机(host)构成：桌面计算机、移动计算机、服务器、其他智能终端设备
    • 边缘路由器：端系统Host去往任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器
    • 接入网：将主机连接到边缘路由器上
  • 网络核心
    • 由互联端系统的分组交换设备和通信链路构成的网状网络
    • 两大功能为路由和转发

1.4 数据传输

  1. 电路交换CS（circuit switching）
    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MS（Message switching）
    报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，报文整个地发送，一次一跳，在交换结点采用存储转发的传输方式，即将到达交换机的分组先送到存储器暂时存储和处理，等到相应的输出电路有空闲时再送出。
  3. 分组交换PS（packet switching）
    基于报文交换，将报文划分为更小的数据单位:报文分组(也称为段、包、分组)。分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组(携带源、目的地址和编号信息)逐个地发送出去。

Note (为什么要在每个分组前面添加一个首部？)

  • 接收端没有首部信息无法正确组装接收的数据
  • 分组交换网中的转发节点，根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个节点

2. 协议与分层结构

2.1 协议三要素

  • 语法：规定传输数据的格式（如何讲）
  • 语义：规定所要完成的功能（讲什么）
  • 时序：规定各种操作的顺序（双方讲话的顺序）

2.2 计算机网络体系结构

  • OSI模型网络层能够支持无连接和面向连接通信
  • TCP/IP模型的网络层仅支持无连接通信（IP）

2.2.1 OSI模型

  • 物理层：定义如何在信道上传输0、1： Bits on the wire
  • 数据链路层：实现相邻（Neighboring）网络实体间的数据传输，从物理层的比特流中提取出完整的帧
  • 网络层：将数据包跨越网络从源设备发送到目的设备（host to host）
  • 传输层：将数据从源端口发送到目的端口（进程到进程）
  • 会话层：利用传输层提供的服务，在应用程序之间建立和维持会话，并能使会话获得同步
  • 表示层：关注所传递信息的语法和语义，管理数据的表示方法，传输的数据结构
  • 应用层：通过应用层协议，提供应用程序便捷的网络服务调用

2.2.2 TCP/IP模型

  • 网络接口层：描述了为满足无连接的互联网络层需求，链路必须具备的功能
  • 互联网层：允许主机将数据包注入网络，让这些数据包独立的传输至目的地，并定义了数据包格式和协议（IPv4协议和IPv6协议）
  • 传输层：允许源主机与目标主机上的对等实体，进行端到端的数据传输
  • 应用层：传输层之上的所有高层协议： DNS、HTTP、FTP、SMTP

3. 计算机网络度量单位

  • 比特率（bit rate）：主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率
  • 带宽：网络中某通道传送数据的能力，即单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”。单位是 bit/s，即 “比特每秒”
  • 包转发率(PPS)：全称是Packet Per Second(包/秒)，表示交换机或路由器等网络设备以包为单位的转发速率

3.1 时延

1. 传输时延：主机或路由器传输数据帧所需要的时间。
2. 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。
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、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。

  • 往返时延RTT(Round-Trip Time)：从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，经历的总时间。可用于判断网络的通断性、测试网络时延、计算数据包丢失率等。
  • 时延带宽积：时延带宽积 = 传播时延 x 带宽，即按比特计数的链路长度。若发送端连续发送数据，则在发送的第一个bit即将达到终点时，发送端就已经发送了时延带宽积个bit ，而这些bit都在链路上向前移动。

3.2 度量单位

  • 吞吐量 (throughput)
    • 单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量，单位是 b/s
  • 有效吞吐量(goodput)
    • 单位时间内，目的地正确接收到的有用信息的数目（以 bit 为单位）
  • 利用率
    • 信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的
    • 网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值
  • 丢包率
    • 所丢失数据包的数量占所发送数据包的比率

4. 标准化组织

4.1 国际标准组织

  • 国际标准化组织（ISO）
  • 国际电信联盟（ITU）
  • 国际电气和电子工程师协会（IEEE）
  • WIFI联盟
  • 万维网联盟（W3C）

4.2 Internet标准化组织

  • IETF: 互联网工程任务组
  • IRTF: Internet研究任务组
Last Updated 4/12/2025, 2:27:19 PM
ON THIS PAGE