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计算机网络 | Chapter1 计算机网络和因特网

news 来源：原创 2025/6/19 2:48:13

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what is Internet

客观存在

主观存在

协议(protocol)

网络边缘部分（network edge）

网络核心部分

分组交换和电路交换

分组交换 packet switching

电路交换 circuit switching

分组交换中的时延、丢包和吞吐率（重点）

时延

节点处理时延(Processing Delay)

排队时延(Queuing Delay)

传输（发送）时延(Transmission Delay)

传播时延(Propagation Delay)

通过流量强度（traffic intensity）来判断排队时延

带宽

吞吐量（ throughput）

瓶颈链路（bottleneck link）的传输速率

补充

协议层次及其服务模型

分层

OSI 模型

Encapsulation(封装)

计算机1向计算机2发送数据

面对攻击网络（Networks Under Attack）

what is Internet

客观存在

主机(host) == 端系统(end system)：接入因特网的设备，如图中的电脑、手机、联网汽车等

通信链路(communication link)：连接各端系统的物理媒介

分组交换机(packet switch)：通信链路中的交叉口。其中最著名的两种是：

路由器(router)
链路层交换机(link-layer switch)

分组(packet)：由一台端系统发送给另一台端系统的数据/信息包

主观存在

ISP(Internet Service Provider, 因特网服务提供商)，为端系统提供接入因特网的服务。较低层的ISP管理某个区域，类似于校园网、公司网等；较高层的ISP管理整个国家，类似于联通、移动等。

协议(protocol)

定义:定义了两个或多个通信实体间所交换报文的格式和次序，以及在报文发送或接收或其他事件方面所采取的行动。protocols define format, order of messages sent and received among network entities, and actions taken on message transmission, receipt

基本要素:语法、语义和同步。

语法:通信数据和控制信息的结构与格式;

语义:对具体事件应发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种应答;

同步:对事件实现顺序的详细说明。

网络边缘部分（network edge）

包含:端系统end system、接入网access network、物理媒体links;

端系统

运行网络应用程序、处在网络的边缘;

客户/服务器(c/s模型):客户请求，并接收服务器提供的服务;

端对端模型:极少或不采用专门的服务器;

接入网络

将终端系统连接到网络边缘的路由器;

物理介质

物理链路(在发送方和接收方之间，传播位信号)，导引型媒体(信号在固态介质中有相传播)、非导引型媒体(信号在大气空间或外太空空间自由传播):

网络核心部分

相互连接的路由器构成的网络(由互联网因特网系统的分组交换机和链路构成的网状网络);

分组交换和电路交换

分组交换 packet switching

数据被分割成小的数据包(分组)，每个分组独立发送，通过网络中的各种路径传输。所有分组共享网络资源，每个分组使用全部链路带宽:

报文(message)，源端系统向目的端系统发送的完整的数据信息，如图像数据、音频数据等。在传递过程中，报文会被分解为较小的数据块，被称为分组(packet)。

存储转发传输(store-and-forward transmission) 机制，分组交换机必须接收到整个分组，才能向输出链路传输该分组的第一个比特。

输出缓存(output buffer)，用于存储路由器准备发往对应链路的分组，当该链路正忙于传输其它分组时，刚到达的分组必须在输出缓存中等待。

排队时延(queuing delay)，由于分组会遇到在输出缓存中等待的情况，所以分组传输中会存在排队时延。

分组丢失(packet loss)，由于缓存空间有限，当缓存已满时，将出现分组丢失的情况。

转发表(forwarding table)，存在于每台路由器中，用于将目的地址映射成对应的输出链路。路由器通过转发表，判断将当前分组转发到哪一条输出链路。

路由选择协议(routing protocol)，用于自动地设置这些转发表。例如，一个路由选择协议可以决定从每台路由器到每个目的地地最短路径，并使用这些最短路径结果来配置路由器中的转发表。

电路交换 circuit switching

通信双方在数据传输之前必须建立一个专用的物理通信路径(eg.电话网)。网络资源如带宽，被分片;

在电路交换网络中，端系统通信期间，会在沿路预留通信所需要的资源

实现方式

频分复用( FDM) 划分频谱，不同用户不同频段

时分复用(TDM) 划分时间，不同用户不同时隙

分组交换中的时延、丢包和吞吐率（重点）

时延

节点处理时延(Processing Delay)

检查错误位，选择输出链路，数量级很小;

排队时延(Queuing Delay)

等待被发送到输出链路上的时间，取决于路由器的拥塞程度;

传输（发送）时延(Transmission Delay)

将分组送到链路上的时间

L/R (分组大小/链路带宽)

传播时延(Propagation Delay)

分组在链路上传播的时间

d/s (物理链路的长度/介质的信号传播速度)

通过流量强度（traffic intensity）来判断排队时延

La/R(分组大小*平均分组到达率/链路带宽)

若趋近于0，则平均排队时延极小接近于0，若趋近于1，则排队时延趋于无穷大;当分组到达时，队列已满，那该分组奖会丢失(loss)。

带宽

频带宽度或最高数据率;(在时间轴上的信号的宽度随带宽的增大而减小)

吞吐量（ throughput）

在单位时间内通过某个网络的数据量。

瞬时吞吐量(instantaneous throughput)：某一时刻的下载速率，以每秒传送的比特数bps计。比如文件下载时，不断变化的xxxkb/s

平均吞吐量(average throughput)：下载完整个文件的平均速率

瓶颈链路（bottleneck link）的传输速率

min{R1,R2,,,Rn}

补充

1Byte=8bits 1KB=2^10B 1MB=2^20B 1TB=2^30B

1 kbps=10^3 bps 1mbps=10^6bps 1tbps=10^9mbps

协议层次及其服务模型

分层

分层指每层实现一个服务,依赖于直接下层提供的服务;

分层的意义：清楚的结构允许我们对大型复杂系统定义其特定部分，探讨其各部分的关系;模块化使得系统的维护、升级简化:

分层的弊端:各层可能重复较低层功能;。

自顶向下分层为:应用层(Application)，传输层(Transport)，网络层(Network)，数据链路层(Link)，物理层(Physical)

OSI 模型

多了表示层(Presentation) 和会话层(Session) 两层

presentation: allow applications to interpret meaning of data允许应用程序解释数据的含义。

session: synchronization, checkpointing, recovery of data exchange数据交换的同步、检查点设置和恢复

Encapsulation(封装)

意义：对于上一层传来的数据信息，附加上当前层的附加信息。

对于每一层的数据信息，具有两种类型的字段：首部字段(当前层信息) 和有效载荷字段(payload field, 来自上一层)。

计算机1向计算机2发送数据

面对攻击网络（Networks Under Attack）

僵尸网络(botnet)，被黑客入侵设备组成的网络。

病毒(virus)，一种需要某种形式的用户交互来感染用户设备的恶意软件。

蠕虫(worm)，一种无须任何明显用户交互就能进入设备的恶意软件。

DoS(denial-of-service attacks, 拒绝服务攻击)：攻击者通过用虚假流量淹没资源（服务器、带宽），使合法流量无法使用这些资源

what is Internet

客观存在

主观存在

协议(protocol)

网络边缘部分 （network edge）

网络核心部分

分组交换和电路交换

分组交换 packet switching

电路交换 circuit switching

分组交换中的时延、丢包和吞吐率（重点）

时延

节点处理时延(Processing Delay)

排队时延(Queuing Delay)

传输（发送）时延(Transmission Delay)

传播时延(Propagation Delay)

通过流量强度（traffic intensity）来判断排队时延

带宽

吞吐量（ throughput）

瓶颈链路（bottleneck link）的传输速率

补充

协议层次及其服务模型

分层

OSI 模型

Encapsulation(封装)

计算机1向计算机2发送数据

面对攻击网络（Networks Under Attack）

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网络边缘部分（network edge）