【Note】计算机网络课程笔记-Lecture1

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Chap1 掌握典型交换方式及其优缺点 掌握分层结构和网络协议(核心内容) 掌握网络参考模型(核心内容) 掌握计算机网络主要度量的含义

典型交换方式及其优缺点

  1. 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 • 端系统由各类主机(host)构成:桌面计算机、移动计算机、服务器、其他智能终端设备 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

2.接入网目标 • 接入网的目标是将主机连接到边缘路由器上 • 边缘路由器是端系统Host去往任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器 有线网络接入技术:光纤到户FTTH,以太网,同轴电缆,双绞线的DSL,古老的拨号上网 无线网络接入技术:WiFi、4G/5G,卫星广域覆盖

  1. 接入网分类 光纤到户FTTH(Fiber To The Home):有源光纤网络AON和无源光纤网络PON,带宽大、线路稳定 数字用户线DSL(Digital Subscriber Line):使用电话线连接到数字用户线接入复用器(DSLAM),上下行速率不对称,24-52 Mbps下行速率,3.5-16 Mbps上行速率 同轴电缆:共享带宽,家庭利用传统有线电视信号线(同轴电缆)接入头端上网,多个家庭共享有线电视的头端,上下行速率不对称,高达40 Mbps–1.2 Gbps下行传输速率,30-100 Mbps上行传输速率 光纤到户、DSL:独享带宽

  2. 物理介质 传输单元:位(bit) 物理媒体:是指发射机和接收机之间的具体链路介质 • 引导型介质:信号在固体介质中传播,例如铜、光纤、同轴电缆 • 非引导型介质:信号自由传播,例如无线电

  3. 引导型介质 光纤:高速运行(10-100 Gbps),低错误率(中继器相距很远,对电磁噪声免疫) 双绞线:电话线为1对双绞线;网线为4对双绞线,广泛用于计算机网络(以太网)双向传输 同轴电缆:两根同心铜导线,双向传输。造价比双绞线贵,共享通过电缆上的多个频率通道。

6.非引导型介质 无线电:半双工(发送方到接收方) 无线链路类型:无线局域网(WiFi),广域(如3/4/5G蜂窝)

7.网络核心 目标:将海量的端系统互联起来,由各类交换机(路由器)和链路构成 分组交换(也称包交换):主机将数据分成分组,发送到网络。网络将数据分组从一个路由器转发到下一个路由器,通过从源到目标的路径上的链路,逐跳传输抵达目的地

8.网络核心两大功能 (核心层功能越简单越使用越好,TCP/IP主要功能) 路由: • 全局操作:确定数据分组从源到目标所使用的路径(每个路由器根据数据分组头中的目的地址来查路由表) • 需要路由协议和路由算法,产生路由表 转发: • 本地操作:路由器或交换机将接收到的数据分组转发出去(即移动到该设备的某个输出接口) • 确定转发出去的接口/链路:根据从“入接口”收到分组头中的目的地址,查找本地路由表,确定“出接口” (如何应对大流量?如何加速路由?)

9.分组交换:通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制,实现数据交互的通信方式 存储-转发技术: • 数据分组传输延迟:需要L/R秒才能将L位数据包以R bps的速率传输(推出)到链路中 • 存储和转发:路由器需要接收到完整的整个数据分组以后,才能开始下一跳发送 (为啥分组交换:1. 及时发现错误,请求重传 2.并行传输,加速) (跳数尽量少:减少延迟,因为每经过一个路由器就会有一个一条发送延迟。但是如果大家都选择最短路径,虽然跳数少了,但是排队等待时间长了) 以分组作为数据传输单元,每个分组的首部都含有地址(目的地址和源地址)等控制信息,每个分组在互联网中独立地选择传输路径(十个包传,可能后五个先到,好处是健壮性更强),支持灵活的统计多路复用(主机A和B的报文分组按需共享带宽,因为数据基本上是短时突发的,在统计意义上,两个host同时产生数据的概率非常低,举个例子:所以两个100Mbps的host实际只需要1.5Mbps)

10.电路交换的主要特点 • 电路交换通常采用面向连接方式 • 先呼叫建立连接,实现端到端的资源预留 • 预留的资源包括:链路带宽资源、交换机的交换能力 • 电路交换连接建立后,物理通路被通信双方独占,资源专用,即使空闲也不与其他连接共享(分组交换可以充分利用资源) • 由于建立连接并预留资源,因此传输性能好;但如果传输中发生设备故障,则传输被中断 (好处是一旦传输建立了,性能非常好;但是如果这条建立的传输中有东西坏了,必须再次呼叫建立连接,传输完全被中断。如果是分组交换,其他的数据包不受影响) • 电路交换的多路复用 • 频分多路复用FDM(分频) • 时分多路复用TDM(把用户分成不同的时系,同一时间只有一个用户独享)

11.报文交换:与分组交换类似,采用存储转发方式,但不将应用的大报文拆分成多个分组(不拆报文)

  1. 三种交换的比较

​ • 电路交换需要建立连接并预留资源,难以实现灵活复用 ​ • 报文交换和分组交换较灵活,抗毁性高,在传送突发数据时可提高网络利用率 ​ • 由于分组长度小于报文长度,分组交换比报文交换的时延小,也具有更好的灵活性

分层结构和网络协议(核心内容)

  1. 网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准,通信双方需要共同遵守,互相理解

    三要素:

    • 语法:规定传输数据的格式(格式) • 语义:规定所要完成的功能(功能) • 时序:规定各种操作的顺序(操作顺序)

(要考虑协议的可靠性强不强?能不能更好的进行资源分配?要考虑拥塞的问题,尽可能避免全网拥塞?协议是不是足够聪明,自适应地采取一些行动?协议是否安全?)

  1. 协议层次结构

(用户要投邮件,必须调用邮局提供的服务。邮局把用户的信件打包,根据地址进行分类。实际运输由运送部门来做,根据情况选择铁路、汽车,根据目的地和出发地处在哪个环境。物流部门把邮包送给邮局,邮局再拆包,把信件交给用户)

​ 层次栈 ​ • 为了降低网络设计的复杂性,大部分网络都组成一个层次栈,每一层都建立在其下一层的基础上

​ 对等实体 ​ • 不同机器上构成相应层次的实体成为对等实体

​ 接口 ​ • 在每一对相邻层次之间的是接口;接口定义了下层向上层提供哪些原语操作与服务

​ 网络体系结构 ​ • 层和协议的集合为网络体系结构,一个特定的系统所使用的一组协议,即每层的协议,称为协议栈

  1. 服务原语:两种不同类型的服务:面向连接和无连接

面向连接(打电话):每个“请求”或“响应”后,都在对方产生一个“指示”或“确认”动作

无连接(发邮件):邮件携带了完整的目标地址,传输过程不需要应答(不保证什么时候到,到不到,都不保证,可以通过超时机制发现问题,大不了重新发送一下)(传输的东西携带了完整的目标地址)