计算机网络#

Chap 01 计算机网络概述#

基本概念、计算机网络结构、网络核心

网络性能、网络体系结构、发展历史

计算机网络基本概念

• 数据包的分组交换靠路由器和交换机进行

计算机网络的组成（结构上）

• 硬件
  • 主机（端系统）
  • 通信设备（e.g. 路由器）
  • 通信链路（e.g. 网线）
• 软件
  • 实现数据交换的软件
• 协议
  • 规定计算机网络的通信规则
  • 硬件、软件共同实现

计算机网络的功能

网络协议

• 定义：简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。
• 作用：规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的“动作”
• 组成：三要素，语法、语义、时序

数据交换

• 电路交换
  • 三个阶段：建立连接 $\to$ 通信（传输数据） $\to$ 释放连接
  • 特点：独占资源，没有存储转发时延，不支持差错控制
    • 共享中继线技术：多路复用
    • 频分（占用不同带宽资源，aka 频率范围/频道）、时分（分为等长的时分复用帧，每个人占用一帧的固定序号时隙）、波分（光的频分复用）、码分
• 报文交换
  • 特点：无需建立连接，以报文为单位在交换节点间存储转发，支持差错控制，不定长，存在存储转发时延
• 分组交换
  • 特点：在报文交换的基础上拆分为定长的分组在交换节点间存储转发，转发时间、缓存开销小，控制信息占比增加

• 电路交换

• 报文交换

• 分组交换

计算机网络的性能指标

• 速率：数据率/数据传输速率/比特率
  • b/s bps kbps Mbps Gbps（B/s = 8 b/s）
• 带宽：某信道的最高数据率
  • 节点间通信实际能达到的最高速率，由带宽、节点性能共同限制
• 时延：数据（/报文/分组等）从链路一端到另一端所需时间
  • $总时延=传输时延/发送时延_{节点将数据推向信道}+传播时延_{信道传播时间}+处理时延_{路由器处理时间}+排队时延_{数据排队进入到排队发出路由器时间}$
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• 时延带宽积：一条链路中，已从发送端发出但尚未到达接收端的最大比特数
  • $=传播时延\times带宽$，单位 bit
• 丢包率
• 吞吐量：单位时间内通过某个网络（/信道/接口）的实际数据量
  • 吞+吐

OSI 参考模型

物（物理）联（数据链路）网（网络）叔（传输）会（会话）使（表示）用（应用）

TCP/IP 参考模型

接（网络接口）网（网络）叔（传输）用（应用）

Chap 02 应用层#

概述、基本原理

Web、Email、DNS、P2P、Socket 编程

FTP SMTP HTTP

网络应用的结构

• C/S 客户机/服务机结构 P2P 点对点结构

域名系统 DNS

文件传送协议 FTP

电子邮件

HTTP 超文本传输协议

Chap 03 运输层#

传输层服务、复用和分用、无连接传输协议 UDP、可靠数据传输、滑动窗口协议

面向连接传输协议 TCP、拥塞控制

TCP UDP

传输层概述

• 功能：进程和进程之间的逻辑通信；复用和分用；对收到的报文进行差错检测

TCP 传输控制协议

• 面向字节流、面向连接、可靠、时延大、适用于大文件

UDP 用户数据包协议

• 面向应用报文、不可靠、无连接、时延小、无拥塞控制、适用于小文件和实时应用

复用和分用

• 流量控制方法
  • 停止等待协议
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  • 滑动窗口协议
    • 后退N步协议
      • $n$ 个比特编号，发送窗口尺寸为 $[1\leq W_t\leq2^n-1]$，接收窗口为 $1$
      • 累积确认；接收方只按顺序接收帧；确认序列号最大的、按序到达的帧
    • 选择重传协议
      • $n$ 个比特编号，发送窗口 $W_{T\max}$ 最好 $=W_{R\max}$ 接收窗口 $=2^{n-1}$
      • 接收方对窗口内的帧来者不拒；只重传出错帧
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