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计算机网络总复习(by Chaf)

第一章 计算机网络和因特网

什么是因特网

从构成角度看

  • 节点： 端系统（=主机），网络应用程序+网络交换设备（路由器、交换机等）

  • 边：通信链路（接入网链路：主机-互联网、主干链路：路由器-路由器）

  • 互联网络：网络的网络

从服务角度看

因特网 = 能够为应用提供通信服务的通信架构（已连接可靠服务和无连接不可靠服务）+ 使用通信服务相互配合工作的应用

协议

协议：对等层实体在通信过程中所遵循的规则集合，控制发送和接收消息

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次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作

协议=语法+语义+时序

网络边缘

主机 (host) 分为两类：客户端 (client) 和服务器 (server)

网络结构

网路结构 = 网络边缘（主机、应用程序）+ 网络核心（路由器、网络的网络）+ 接入网与通信链路

网络边缘：运行应用的端系统（端系统中的应用交互方式）

  • C/S模式：客户端向服务器请求、接收服务

  • P2P模式：很少（甚至没有）专门的服务器

利用网络的服务

  • 采用网络设施的面向连接服务：TCP
  • 可靠的、按顺序的传输数据
  • 流量控制
  • 拥塞控制

  • HTTP、FTP、Telnet、SMTP

  • 采用基础设施的无连接服务：UDP

  • 无连接
  • 不可靠数据传输
  • 无流量控制
  • 无拥塞控制
  • 流媒体、远程会议、DNS、网络电话

网络核心

由因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络。

  • 组成：路由器 + 链路
  • 功能：数据交换

数据交换方式及比较

  • 电路交换 (circuit switching)：网络资源（如带宽）被分成片，独享资源，建立呼叫连接
  • 分片方式：
    • 频分FDM： alt text
    • 时分TDM： alt text
    • 波分WDM

  • 举例：电话网络

  • 分组交换 (packet switching)：以分组为单位存储-转发方式；传输时使用全部带宽；在转发之前，节点必须收到整个分组（延迟、排队）；路由器缓存用完时，分组将被抛弃；统计多路复用（时分复用）

  • 虚电路网络VC：
    • 每个分组带虚电路标识VC ID，标签决定下一跳
    • 在呼叫建立时决定路径，在整个呼叫中路径保持不变
    • 路由器维持每个呼叫的状态信息
    • X.25和ATM alt text
  • 数据报网络Datagram
    • 分组的目标地址决定下一跳
    • 在不同的阶段，路由可以改变
    • 在通信之前，无须建立起一个连接，有数据就能传输
    • 每一个分组都有独立路由
    • Internet alt text

  • 举例：IP 网络

  • 分组交换 vs 电路交换

  • 分组交换是“突发数据的胜利者”
  • PS 缺点：
    • 不适合实时服务（如电话和视频会议），因为其端到端时延是可变的和不可预测的
    • 分组在目的主机需要重新进行排序
    • 每个分组需要携带额外的首部信息
  • PS 优点：
    • 提供比电路交换更好的带宽共享
    • 比电路交换更简单、更有效，实现成本更低

接入网与物理媒介

将端系统连接到边缘路由器的链路或网路

今天宽带住宅接入两种最流行的类型：数字用户线 (Digital Subscriber Line, DSL) 和 电缆 (cable)。

住宅接入网络：点到点接入

  • 调制解调器 modem

    • 原理：将上网数据调制加载音频信号上，在电话线上传输，在局端将其中的数据解调出来：调频、调幅、调相位、综合解调
    • 不能同时上网和打电话，不能总是在线

  • 接入网 DSL

  • 采用现存的到交换局DSLAM的电话线

    • DSL线路上的数据被传到互联网
    • DSL线路上的语音被传到电话网

  • <2.5Mbps上行传输速率

  • <24Mbps下行传输速率

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  • 线缆网络（混合光纤同轴网络HFC） alt text
  • 有线电视信号电缆双向改造

  • 非对称：最高30Mbps下行传输速率，2Mbps上行传输速率

  • FTTH（光纤到户）

  • 主动光纤网络AON

  • 被动光纤网络PON

  • 家庭网络 alt text

机构接入：LAN

  • 以太网络 Ethernet

  • 10Mbps，100Mpbs，1Gbps，10Gbps的传输率

  • 端系统经常直接接到以太网络交换机上

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  • 无线接入网络 WLAN

  • 各无线端系统共享无线接入网络

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物理链路

在每个传输-接收对，跨越一种物理媒体

  • 导向型介质：信号沿着固体媒介被导引：同轴电缆、光纤、双绞线
  • 非导引型媒体：信号自由传播（如无线电）

常用介质

  • 双绞线（TP）

  • 两根绝缘铜线

  • 5类：100Mbps Ethernet

  • 6类：10Gbps

  • 同轴电缆

  • 两根同心的铜导线

  • 双向

  • 基带电缆：

    • 电缆上一个单个信道
    • Ethernet

  • 宽带电缆

    • 电缆上有多个信道
    • HFC

  • 光纤

  • 光脉冲：每个脉冲表示一个比特在玻璃纤维中传输

  • 高速：点到点10Gbps~100Gbps
  • 低误码率：两个中继器之间可以有很长的距离，不受电磁噪声的干扰

  • 安全

  • 无线链路

  • 开放空间传输电磁波，携带需要传输的数据

  • 无需物理线缆
  • 双向
  • 传播环境效应：反射、吸收、干扰

互联网结构和ISP

近似层次型结构

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  • T-1 ISP

  • 中心

  • 国家/国际覆盖，速率极快
  • 直接与其他第一层ISP相连

  • 与大量的第二层ISP和其他客户网络相连

  • T-2 ISP

  • 通常是区域性的ISP

  • 与一个或多个第一层ISPs，也可能与其他第二层ISP相连

  • Local ISP