title: 【重拾網(wǎng)絡(luò)】基本概念
date: 2017-07-19 23:25:03
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- 網(wǎng)絡(luò)
categories: 網(wǎng)絡(luò)
Netty 還沒看幾頁就碰到 TCP 接收滑塊的問題。隱約記得傳輸層協(xié)議學(xué)習(xí)的時(shí)候看過，但也忘的七七八八的了。畢業(yè)兩年網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的知識(shí)也差不多丟完了（就好像自己以前會(huì)一樣），從本文開始回顧一下網(wǎng)絡(luò)知識(shí)。目標(biāo)至少網(wǎng)絡(luò)層以上的主要協(xié)議大致過程要清楚，尤其是 Web 開發(fā)常見協(xié)議，總結(jié)的順序依據(jù)《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——自頂向下學(xué)習(xí)方法》。
網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
網(wǎng)絡(luò)邊緣
- 主機(jī)
- 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，模型
- C/S
- P2P
接入網(wǎng)絡(luò)
- 目的：將網(wǎng)絡(luò)邊緣接入網(wǎng)絡(luò)核心（邊緣路由器）
- 物理介質(zhì)：有線、無線通信鏈路
- 分類：家庭、機(jī)構(gòu)、移動(dòng)
- 關(guān)心主題：帶寬、獨(dú)占 / 共享
DSL
- 利用電話線
- 頻分多路復(fù)用
- 0 ~ 4HKZ：電話
- 4KHZ ~ 50KHZ：上行
- 50KHZ ~ 1MHZ：下行
- 帶寬：上行 < 2.5 或 1 Mbps, 下行 > 24 或 10 Mbps
- 獨(dú)占
電纜
- 電視網(wǎng)絡(luò)
- 頻分多路復(fù)用
- HFC：混合光纖同軸電纜
- 帶寬：上行 2Mbps，下行 20Mbps
- 共享
以太網(wǎng)
- 機(jī)構(gòu)使用
- 帶寬：10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps
無線接入
- 共享無線網(wǎng)絡(luò)
- 無線局域網(wǎng)：802.11 b/g, 11Mbps, 50Mbps
- 廣域無線接入
網(wǎng)絡(luò)核心
目的：數(shù)據(jù)交換，從源主機(jī)通過核心網(wǎng)絡(luò)送到目的主機(jī)
互聯(lián)
- 路由：確定分組從源主機(jī)到目的主機(jī)的傳輸路徑
- 轉(zhuǎn)發(fā)：將分組從路由器輸入端口交換至正確的輸出端口
結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)——Internet
- 端系統(tǒng)通過接入 ISP 連接到 Internet
- ISP 必須進(jìn)一步互聯(lián)，構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)
ISP 互聯(lián)方式：
-
直接彼此互聯(lián)
需要 N * (N-1) / 2 條連接
-
每個(gè)接入 ISP 連接到一個(gè)國家/全球ISP
引入交換設(shè)備簡化了方式 1，問題：1. 距離；規(guī)模：瓶頸，端口
-
在方式 2 基礎(chǔ)引入競爭者——二級(jí)，三級(jí) ISP
引入交換網(wǎng)絡(luò)，解決連通性、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模問題
引入?yún)^(qū)域 ISP，連接端系統(tǒng)和接入 ISP
內(nèi)容提供網(wǎng)絡(luò)
數(shù)據(jù)交換
- 交換含義：
- 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)義
- 動(dòng)態(tài)分配傳輸資源
- 數(shù)據(jù)交換方式：電路、報(bào)文、分組
多路復(fù)用技術(shù)
- 鏈路/網(wǎng)絡(luò)資源劃分為資源片
- 將資源片分配給各路呼叫
- 每路呼叫獨(dú)占分配到的資源進(jìn)行通信
- 資源可被閑置
- 分配
- 頻分復(fù)用 FDM，有先電視網(wǎng)絡(luò)，占用不同頻帶
- 時(shí)分復(fù)用 TDM，占用不同時(shí)間片
- 波分復(fù)用 WDM，光的頻分復(fù)用
- 碼分復(fù)用 CDM，無線鏈路共享
交換技術(shù)
電路交換
- 典型：電話網(wǎng)絡(luò)
- 過程：
- 建立連接
- 通信
- 釋放連接
- 特點(diǎn)：獨(dú)占資源
- 中繼線共享——多路復(fù)用
報(bào)文交換
源（應(yīng)用）發(fā)送信息整體，典型：電報(bào)
分組交換
分組：報(bào)文拆分出來的較小的數(shù)據(jù)包
過程：報(bào)文拆分、重復(fù)
額外開銷：1. 拆分，重組；2. 頭信息
報(bào)文、分組交換異同
- 同：過程都是存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)
- 異：交換過程是否查分?jǐn)?shù)據(jù)
分組、電路交換特點(diǎn)
- 分組不獨(dú)占，電路獨(dú)占資源
- 分組更適合突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)
- 分組特點(diǎn)：
- 無需呼叫建立
- 資源充分共享
- 可能產(chǎn)生擁塞：分組延遲，丟失
分組、報(bào)文耗時(shí)比較
發(fā)送 M bits 的報(bào)文，鏈路帶寬為 R bps，分組長 L bits，跳步數(shù) h，路由器數(shù) n。（n = h -1）
報(bào)文：M / R * h
報(bào)文：(M / R) + (h -1) * L / R -> M / R + nL / R
分組交換時(shí)延 & 丟包 & 吞吐量
時(shí)延：結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延
-
流量強(qiáng)度
流量強(qiáng)度：分組 * 分組到達(dá)平均速率 / 傳輸速率
流量強(qiáng)度 > 1：表示比特到達(dá)平均速率超過隊(duì)列傳輸出去速率，隊(duì)列趨于無界增加，排隊(duì)時(shí)延趨于無窮大
丟包：到達(dá)的分組排滿一個(gè)隊(duì)列后，路由器將丟棄分組
吞吐量：取決于數(shù)據(jù)流過的鏈路的傳輸速率，近似為沿著源和目的地之間路徑的最小傳輸速率
網(wǎng)絡(luò)分層
TCP/IP 五層模型
| 協(xié)議 | 主要作用 | 關(guān)注點(diǎn) | 常見協(xié)議 | 協(xié)議數(shù)據(jù)單位 | 物理設(shè)備 |
|---|---|---|---|---|---|
| 應(yīng)用層 | 為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)傳輸接口 | 進(jìn)程如何通信 | HTTP, DNS | PDU | |
| 傳輸層 | 負(fù)責(zé)將上層數(shù)據(jù)分段并提供端到端的傳輸 | 端到端的差錯(cuò)控制和流量控制 | TCP, UDP | segment | |
| 網(wǎng)絡(luò)層 | 網(wǎng)絡(luò)地址翻譯成對應(yīng)的物理地 ，解決如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方路由到接收方 | 對子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由選擇，實(shí)現(xiàn)擁塞控制、網(wǎng)際互連等功能 | ARP, IP | packet | 路由器 |
| 連接層 | 控制網(wǎng)絡(luò)層與物理層之間的通信，在不可靠的物理介質(zhì)上提供可靠的傳輸。 | 物理地址尋址、數(shù)據(jù)的成幀、流量控制、數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、重發(fā)等 | frame | 交換機(jī)，網(wǎng)橋 | |
| 物理層 | 為上層協(xié)議提供了一個(gè)傳輸數(shù)據(jù)的物理媒體 | 規(guī)定了激活、維持、關(guān)閉通信端點(diǎn)之間的機(jī)械特性、電氣特性、功能特性以及過程特性 | bit | 集線器，中繼器 |
為什么強(qiáng)調(diào)五層呢？因?yàn)檫€有個(gè) TCP/IP 四層協(xié)議把鏈路層和物理層合并了，統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)接口層
OSI 模型
實(shí)際上 TCP/IP 模型是從 OSI 模型演化來的。學(xué)院派先搞出的 OSI 模型，工業(yè)使用了更簡化的 TCP/IP 協(xié)議。
具體表現(xiàn)是 TCP/IP 協(xié)議把 OSI 的應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層合同為應(yīng)用層。
分層的過程：
- 發(fā)送方應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)總是從最上層開始，層層向下，最終經(jīng)由物理層發(fā)送出去
- 接收方的物理層接收到數(shù)據(jù)后，層層向上，最終經(jīng)由應(yīng)用層分發(fā)到具體的應(yīng)用程序進(jìn)程中
- 在數(shù)據(jù)層層向下的過程中，每一層都會(huì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行一些封裝處理（如打包或者編碼）
- 在數(shù)據(jù)層層向上的過程中，每一層都會(huì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行一些逆處理（如解包或者解碼）
