計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通信技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。
定義：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是互連的、自治的計算機(jī)集合。
- 自治：無主從關(guān)系
- 互連：互聯(lián)互通
通過交換網(wǎng)絡(luò)互連主機(jī)。交換網(wǎng)絡(luò)：由交換節(jié)點(diǎn)組成（交換節(jié)點(diǎn)可以是路由器或交換機(jī)）
Internet：
全球最大的互聯(lián)網(wǎng)路：ISP（Internet Service Provider）網(wǎng)絡(luò)互連的“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”
- 數(shù)以百萬計的互連的計算設(shè)備集合：主機(jī)（hosts）= 端系統(tǒng)（end systems），運(yùn)行各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
- 通信鏈路：光纖、銅纜、無線電、衛(wèi)星..
- 分組交換：轉(zhuǎn)發(fā)分組（數(shù)據(jù)包）：路由器和交換機(jī)
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
僅有硬件（主機(jī)、鏈路、路由器....）連接，internet不能順暢運(yùn)行，不能保證應(yīng)用數(shù)據(jù)有序交付，還需要協(xié)議！
硬件（主機(jī)、路由器、通信鏈路等）是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則
協(xié)議是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有序運(yùn)行的重要保證，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的所有通信過程都必須遵守某種/些規(guī)則——協(xié)議。
- 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，簡稱為協(xié)議，是為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定
- 協(xié)議規(guī)定了通信實體之間所交換的消息的格式、意義、順序以及針對收到信息或發(fā)生的時間所采取的“動作”
協(xié)議的三要素
- 語法(syntax)：
- 數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式
- 信號電平
- 語義(semantics)：
- 需要發(fā)出何種控制信息
- 完成何種動作以及作出何種相應(yīng)
- 差錯控制
- 時序(timing)：
- 事件順序
- 速度匹配
協(xié)議是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要內(nèi)容：
- 協(xié)議規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)中所有信息發(fā)送和接收的過程： e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11
- Internet協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：
1.RFC：Request for Comments 2. IETF: 互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（Internet Engineering Task Force）
計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
- 網(wǎng)絡(luò)邊緣：主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
- 接入網(wǎng)絡(luò)、物理介質(zhì)：有線或無線通信鏈路
- 網(wǎng)絡(luò)核心： 1.互聯(lián)的路由器（或分組轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備）2. 網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)
網(wǎng)絡(luò)邊緣：
主機(jī)（端系統(tǒng)）：
- 位于“網(wǎng)絡(luò)邊緣”
- 運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序：如：web, email
客戶/服務(wù)器（client/server）應(yīng)用模型：
- 客戶發(fā)送請求，接收服務(wù)器響應(yīng)
- 如：web應(yīng)用，文件傳輸FTP應(yīng)用。
對等（peer-peer， P2P）應(yīng)用模型：
- 無（或不僅依賴）專用服務(wù)器
- 通信在對等實體之間直接進(jìn)行
- 如：Gnutella, BT, Skype, QQ
接入網(wǎng)絡(luò)：
- 住宅（家庭）接入網(wǎng)絡(luò)
- 機(jī)構(gòu)接入網(wǎng)絡(luò)（學(xué)校，企業(yè)等）
- 移動接入網(wǎng)絡(luò)
無線接入網(wǎng)絡(luò)：
通過共享的無線接入網(wǎng)絡(luò)連接端系統(tǒng)與路由器： 通過基站或稱為“接入點(diǎn)”
- 無線局域網(wǎng)（LANs）：同一建筑物內(nèi)（30m），802.11b/g(WIFI):11Mbps, 54Mbps傳輸速率
- 廣域無線接入：通過電信運(yùn)營商（蜂窩網(wǎng)），接入范圍在幾十公里/帶寬：1Mbps、10Mbps，100Mbps/ 3G、4G：LTE/ 移動互聯(lián)網(wǎng)
網(wǎng)絡(luò)核心
網(wǎng)絡(luò)核心的關(guān)鍵功能：路由+轉(zhuǎn)發(fā)：
- 路由：確定分組從源到目的的傳輸路徑
- 轉(zhuǎn)發(fā)：將分組從路由器的輸入端口交換至正確的輸出端口
網(wǎng)絡(luò)核心解決的基本問題：數(shù)據(jù)交換
Internet結(jié)構(gòu)
Internet結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)
如圖所示，端系統(tǒng)通過接入ISP（access ISPs）連接到Internet：家庭、公司和大學(xué)ISPs，接入ISP必須進(jìn)一步互連，這樣任意兩個主機(jī)才可以互相發(fā)送分組，構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。
數(shù)據(jù)交換
前面講到互聯(lián)的路由器網(wǎng)絡(luò)是通過數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)核心從源主機(jī)達(dá)到目的主機(jī)的。
數(shù)據(jù)交換的類型：
- 電路交換
- 報文交換
- 分組交換
數(shù)據(jù)交換——電路交換
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最典型的電路交換網(wǎng)絡(luò)：電話網(wǎng)絡(luò)
電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換.png 電路交換的三個階段：
- 建立連接（呼叫/電路建立）
- 通信
- 釋放連接（拆除電路）
獨(dú)占資源
-
電路交換網(wǎng)絡(luò)中共享中繼線：多路復(fù)用(Multiplexing)，如下圖所示：
電路交換-多路復(fù)用.png
多路復(fù)用：
多路復(fù)用，簡稱復(fù)用，是通信技術(shù)中的基本概念
典型多路復(fù)用方法：
- 頻分多路復(fù)用FDM
- 時分多路復(fù)用TDM
- 波分多路復(fù)用WDM
- 碼分多路復(fù)用CDM
數(shù)據(jù)交換——報文交換
報文的概念：源（應(yīng)用）發(fā)送信息整體，比如：一個文件
數(shù)據(jù)交換——分組交換
分組：報文分拆出來的一系列相對較小的數(shù)據(jù)包
分組交換需要報文的拆分與重組
-
會產(chǎn)生額外開銷
分組轉(zhuǎn)發(fā)：統(tǒng)計多路復(fù)用.png
統(tǒng)計多路復(fù)用對鏈路貸款的共享是非常有益的。
存儲-轉(zhuǎn)發(fā)：
報文交換和分組交換均采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，區(qū)別：
- 報文交換以完整報文進(jìn)行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”
- 分組交換以較小的分組進(jìn)行“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”
分組交換：傳輸延遲
拆分為較小長度為L bits的分組(packets)，在傳輸速率為R的鏈路上傳輸分組：
報文交換的報文交付時間：是串行的。
T=M/R*(n + 1)
分組交換的報文交付時間：大部分時間能并行。分組交換技術(shù)是現(xiàn)在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中廣泛運(yùn)用的技術(shù)。
可以看出：跳步數(shù)h=n(路由器數(shù))+1
因此，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中更多使用分組交換，而不是報文交換
分組交換 VS 電路交換
分組交換和早已成熟的電路交換進(jìn)行比較。
分組交換允許更多用戶同時使用網(wǎng)絡(luò)，資源共享率更高！
分組交換并非絕對優(yōu)于電路交換：
- 分組交換適用于突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)：資源充分共享，簡單、無需呼叫建立（電路交換需要電路的建立，電路的拆除等過程）
- 分組交換可能產(chǎn)生擁塞（congestion）（因為并未提前預(yù)約，可能會產(chǎn)生排隊，擁塞現(xiàn)象）:分組延遲和丟失，需要協(xié)議處理可靠數(shù)據(jù)傳輸和擁塞控制
