计算机网络和因特网

概述

因特网

• 硬件和软件组成
• 计算设备（端系统(主机)）
• 分组交换机（交换机/路由器）
• 路径[route/path]
• 分组[packet]
• 通信链路
• 通信链路=通信介质（有线/无线）+控制规程
• 传输速率（bps）
• 协议

服务

• 因特网提供编程接口（API）

• 端系统提供socket（套接字）

• 两种服务
• 可靠数据传输服务
• 保证分组可以按序、无差错、无丢失到达目的地
• 不可靠数据传输服务
• 不做保证，try my best

协议

• 网络协议
网络实体间交换信息的格式、顺序、以及发送/接收消息或其他事件发生后采取的动作

• 三要素：语法语义动作

组成

• 分组
• 计算设备使用分组交换机的网络设备连接在一起
• 分组是网络设备间数据交换的最小单位
• 链路层交换机和路由器

• 路由（root）/传输路径（path）
分组传输经过的节点/链路序列
• 路径可能有多条
• 路径是动态的

• 端系统通过ISP接入因特网
因特网服务提供商
• local ISP
• region ISP
• company network
• 是分组交换机和通信链路组成的网络

• ICP
内容提供商
• 百度、谷歌等

网络协议

• 控制信息的发送和接收

• 是通信双方所遵守的规则

• TCP/IP
• TCP传输控制协议
• IP网际协议

• 因特网标准及标准化组织
• RFC请求注释/评论
• IETF工程任务组
• IEEE电子电器工程师协会

网络边缘

主机（端系统）

• Client客户端和Sever服务器端

• C向S请求服务

接入网络

接入类型

通信介质

• 物理介质
• 数据通信网络/通信链路中信息传输的最小单位是bit
• 电磁波或光脉冲
• 会经过收发器对
• 物理介质连接收发对
• 类型
引导性介质
• 在固体介质中传播
• 双绞线
• 屏蔽双绞线
• 非屏蔽双绞线
• 同轴电缆
• 两根共心导体组成
• 基带/宽带
• 光线
• 一个脉冲一个bit
• 非引导性介质
• 液体/空气/外层空间中传播

• 陆地无线电信道
• 电磁波为载体
• 受环境影响较大
• 中远距离需要中继

网络核心

交换

电路交换

• 发送数据前建立连接

• 在传输路径上预留资源
• 资源专用
• 性能有保证

• 链路上实现多条电路
多路复用
• 频分复用（PDM）
• 波分复用（WDM）
• 时分复用（TDM）
• 多线程
• 帧
• 时隙

• 传输速率和传输距离、链路数量无关

分组交换

• 信息被分为一个或多个分组

• 携带目的地址

• 根据目的地址转发分组

• 传输速率为链路全速率

• 存储转发
• 分组交换机只有完整收到一个分组后才会开始输出传输分组的第一位
• 存储转发延迟
• 交换机输入输出端均存在
• 分组长度成正比，与链路传输速率成反比n*Q*L/R

• 缓存
• 输出正忙，分组进入缓存
• 排队延迟
• 等待输出的时间
• 丢失
• 先丢/后丢/不重要丢

• 转发路径
• 路由器收到分组，查找转发表确定输出链路

• 比较
• 分组可以容纳更多的用户
• 轻载时，网络较好
• 电路更稳定

ISP互联

• ISP之间会先互联

分组交换网络的时延、丢包和吞吐量

简介

• 缓存暂时保存分组

分组网络中的延迟

• 处理/排队/传输/传播延迟

• 节点延迟
从收到最后一位到传给下一个交换机的时间
• 处理延迟
检查分组,以确定出口链路所需时间
• 排队延迟
等轮到自己输出的时间
• n*L*Q/R
• 传输延迟
输出所有分组的时间
• 也叫做 发送/传输/存储转发延迟
• n*L*Q/R
• 传播延迟
信息在物理介质中传输的时间
• S/V

• 端到端延迟
• 从发送端发送分组到接收端接收到分组所需时间
• 与节点延迟区别：节点延迟是相邻两节点的，端到端延迟可能是多个节点

排队延迟和丢包

• 流量强度
• La/R
• 输入/输出
• 接近0平均排队延迟小
• 接近1平均排队延迟很大（大于1接近无穷）

• 排队延迟公式
• n*Q*L/R，实质上就是计算排队的分组所需时间
• T queue = (n * L) / R + (L - x) / R 。其中，L是分组长度单位是bit，R是传输速率，n是队列中的分组数，x是当前正在传输的分组已经传输的bit

• 真实网络中的延迟
• traceroute
• 测量从源到每台路由器的延迟
• 每一个节点发三个分组
• 有时下一个节点延迟比上一个小，为什么

• 吞吐率（量）
• 发送端和接收端间单位时间传输的数据量
• 瞬时吞吐率
• 平均吞吐率
• 不能超过端到端最小的bps
• F/min(R1,R2,R3…..Rn)
• 共用主干链路情况
• F/min(R1,R2,R3,R(主干)/3)

协议层次及其服务模型

先导

• 层次化方式组织协议

• 五大层次

• 每个协议属于一个层次，一个层次可以有多个协议

协议栈

• 应用层（只在端系统实现支持应用系统）

• 传输层（不同主机间进程间的通讯）

• 网络层（不同主机之间）

• 链路层（相邻两节点间）

• 物理层(信道上传送)

• OSI参考模型多[表示层]和[会话层]

封装与拆装

• 从上向下封装

• 应用层
• 支持应用系统的高层协议
• message 报文

• 传输层
• 不同主机进程之间的通信
• segment 报文段

• 网络层
• 不同主机间的通信
• datagram 数据报

• 链路层
• 相邻节点的通信
• frame 数据帧

• 物理层
• bits比特

面对网络攻击

恶意软件

• 间谍软件

• 病毒
• 寄宿在程序里
• 复制传播

• 蠕虫
• 不寄宿在程序
• 复制传播

拒绝服务（DOS）

• 弱点攻击

• 带宽泛洪

• 连接泛洪

嗅探分组

• 拿数据

• 加密

IP欺骗

• fake-ip注入互联网

• 站点鉴别

回放攻击

计算机和因特网历史