# 因特网的组成

端系统（主机）：与因特网相连的计算机和其他设备称为端系统，端系统通过通信链路和分组交换机的网络连接到一起。

通信链路由不同的物理媒介组成。物理媒介包括同轴电缆、铜线、光纤、无线电频谱；链路的传输速率以 ** 比特 / 秒 (bit/s，或 bps)** 度量。

分组交换机常见的类型有路由器和链路层交换机，路由器常用于网络核心，链路交换机常用于接入网。

分组：发送端将数据分段，并为每段加上首部字节。

类比：分组–卡车，分组交换机–交叉口，通信链路–公路，端系统–建筑物

因特网服务供应商 ISP：端系统通过 ISP 接入因特网，每个 ISP 自身就是一个由多台分组交换机和多段通信链路组成的网络。各 ISP 为端系统提供各种不同类型的网络接入，同时也为内容提供者提供因特网接入服务；因特网把各处的端系统互联，所以为端系统提供接入服务的 ISP 也必须互联。ISP 是因特网的硬件。

因特网标准：由因特网工程任务组（IETF）研发，IETF 的标准文档称为请求评论（RFC），RFC 定义了 TCP、IP、HTTP 等协议。

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顺序，以报文的发送 / 接收或其他事件所采取的操作。

# 网络边缘

# 主机（端系统）

# 接入网

将端系统物理连接到边缘路由器的网络

相对骨干网络，接入网往往是传输速度的瓶颈

家庭接入网

• 数字用户线（DSL）
  • 使用 DSL 时用户的本地电话公司也是它的因特网服务供应商 (ISP)
  • 每个用户的 DSL 调制解调器使用现有的电话线与位于电话公司的本地中心局中的 ** 数字用户线接入复用器（DSLAM）** 交换数据
  • 用户一侧：使用一个分频器把到达家庭的数据信号和电话信号分隔开来，并将数据信号转发给 DSL 调制解调器
  • 本地中心局中：DSLAM 把数据和电话信号分隔开
  • 不对称接入，上行和下行速率不同

• 电缆因特网接入–混合光纤同轴（HFC）系统

  • 因为该系统既应用了光纤也应用了同轴电缆，所以被称为混合光纤同轴系统

  • 利用有线电视公司现有的有线电视基础设施

  • 使用电缆调制解调器、电缆调制解调器端接系统（CMTS）

  • 不对称接入

• 光纤到户（FTTH）

  • 有源光纤网络（AON），本质上是交换以太网
  • 无源光纤网络（PON）
    • 每个家庭有一个光纤网络端接器（ONT）
    • ONT 由专门的光纤连接到邻近的分配器，该分配器把一些家庭连接到一根共享光纤，该光纤再连接到本地电话和公司的中心局中的 ONT，该 ONT 提供光电信号的转换，经过本地电话公司路由器与因特网相连

• 5G
  • 采用波束成形级数，数据以无线方式从供应商的基站发送到家中的调制解调器，由一个无线路由器与该调制解调器相连

企业接入

• 以太网：使用双绞铜线与一台以太网交换机相连
• WiFi：基于 IEEE 802.11 技术的无线 LAN 接入

# 物理媒介

分类：

导引型媒介：光缆、双绞铜线、同轴电缆

• 双绞铜线：最便宜且最常用的导引型传输媒介，无屏蔽双绞线（UTP）常用在建筑物内的计算机网络中，即局域网中
• 同轴电缆：被用作共享媒介
• 光纤：长途导引型传输媒介，特别是跨海链路

非导引型媒介：在无线局域网、数字卫星频道中传播

各网络接入技术使用的物理媒介：

HFC：光缆和同轴电缆

DSL、以太网：双绞铜线

移动接入网：无线电频谱

# 网络核心

即由 互联 因特网端系统 的 分组交换机和链路构成的 网状网络

# 分组交换

• 分组：将长报文划分成较小的数据块，固定长度的数据段。每个分组都通过通信链路和分组交换机传送
• 存储转发传输：仅当路由器已经接收完该分组的所有比特后，它才能开始向出链路传输该分组
• 排队时延和分组丢失
• 转发表和路由选择协议：在分组的首部包含目的地的 IP 地址；每台路由器有一个转发表，用于将目的地址映射为输出链路，路由选择协议用于自动设置这些转发表
• 资源不预留，不预先确定分组的传输路径

# 时延的计算

如果忽略传播时延：总时延$=(n+m-1)\ *$ 1 个分组的传输时延

# 电路交换

• 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

• 频分复用（FDM）、时分复用（TDM）

  • FDM：在电话网络中频段的宽度通常为 4kHz，频段的宽度称为带宽。
  • TDM：其时域被分割成帧，在每个帧中有 4 个时隙，一条电路的传输速率等于帧速率乘以一个时隙中的比特数量。eg：如果链路每秒传输 8000 个帧，每个时隙由 8 个比特组成，则每条电路的传输速率是 64kbps。

  例：从主机 A 到主机 B 发送一个 640 000bit 的文件需要多长时间？假如在该网络中所有链路使用具有 24 时隙的 TDM，比特速率为 1.536Mbps。同时假定在主机 A 开始传输文件之前，需要 500ms 创建一条端到端的电路，它需要多久发送文件？

  每条链路的传输速率：1.536Mbps / 24 = 64kbps

  文件传输时间：640kb / 64kbps = 10s

  总时间：10s + 0.5s = 10.5s

  注意：该传输时间与链路数量无关：端到端电路不管是通过 1 条链路还是 100 条链路，传输时间都是 10s

# 网络应用的通信模型

客户 / 服务器模型（C/S）

1. 客户：使用服务者
2. 服务器：提供服务者

对等模式（P2P）

所有主机同时承担服务器和客户机的双重身份

混合模式

# 分组交换网

# 分组交换网中的时延

• 节点处理时延
• 排队时延
• 传输时延：将所有分组的比特推向链路所需要的时间
• 传播时延：传播速率接近光速可近似忽略

# 计算机网络中的吞吐量

瞬时吞吐量：从主机 A 到主机 B 发文件，主机 B 收到该文件的速率就是瞬时吞吐量

瓶颈链路的传输速率：主机 B 收到 F bit 的文件，以速率 Rs 到达路由器，以速率 Rc 离开路由器，那么吞吐量是$min(Rs,Rc)$，传输文件的时间为$F/min(Rs,Rc)$

吞吐量不仅取决于沿着路径的传输速率，而且取决于干扰流量

# 协议层次及其服务模型

# 因特网的协议栈

• 应用层
• 运输层
• 网络层
• 链路层
• 物理层

# ISO/OSI

• 应用层
• 表示层 ：允许应用程序解释数据的含义，如加密、压缩、特定机器的数据描述方法
• 会话层：提供了数据交换的同步、定界、建立检查点和恢复的能力
• 运输层
• 网络层
• 链路层
• 物理层

# 基本概念

实体：实体是任何可以发送和接收信息的硬件和软件进程，通常是一个特定的软件模型

对等体：不同机器上包含对应层的实体称为对等体

协议：控制两个对等实体进行逻辑通信的规则的集合

• 语法，即数据和控制信息的结构或格式
• 语义，即需要发现何种控制信息，完成何种动作以及如何应答，定义收发双方需要完成的操作
• 同步，即事件实现顺序的详细说明

服务：为保证上层对等体能够互相通信，下层向上层提供的功能

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服务原语：网络相邻层之间进行交互的时候需要交换的一些必要指令

服务访问点（SAP）：同一系统中相邻层的实体进行交互的地方

协议数据单元（PDU）：对等层次上 传送数据的单位

服务数据单元（SDU）：层与层之间交换数据的单位

网络体系结构：层和协议的集合

协议栈：一个特定的系统所使用的一组协议