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关于计算机网络:湖科大计算机网络-第一章-笔记

1. 计算机网络概述 – Überblick über Computernetzwerke

1.1. 计算机网络在信息时代的作用 – Rolle der Computernetze im Informationszeitalter

  • 计算机网络已由一种 通信基础设施 倒退成为一种重要的 信息服务基础设施
  • 计算机网络曾经像水,电,煤气这些基础设施一样,成为咱们 生存中不可或缺 的一部分

1.1.1. 德国互联网倒退情况

网址:https://www.mcschindler.com/d…

https://de.statista.com/stati…

Anzahl der Internetnutzer in Deutschland in den Jahren 1997 bis 2021 (in Millionen)

1. 网络应用详情

1.2. 因特网概述 – 历史 – Internet Überblick

1.2.1. 网络,互连网和因特网 – Netzwerke, internet und Internet

1. 网络(Network)
  • 由若干结点 (Node) 和连贯这些结点的链路 (Link) 组成。
2. 互连网(互联网)
  • 多个网络通过路由器互连起来,造成覆盖范围更大的互连网(互联网)。互联网又称为“网络的网络”。
  • 因特网 (Internet) 是世界上最大的互连网络(用户数以亿计,互连的网络数以百万计)。
3. internet 与 lnternet 的区别
  • internet (互联网):是一个通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议能够是任意的。
  • Internet (因特网) 则是一个专用名词,它指以后寰球最大的、凋谢的、由泛滥网络相互连接而成的特定计算机网络(因特网),它采纳 TCP/IP 协定族作为通信的规定,其前身是美国的 ARPANET

1.2.2. 因特网倒退的三个阶段 – Die drei Phasen der Internet-Entwicklung

1. 1969 年 – 从单个网络 ARPANET 向互联网倒退
  • 1969 年,第一个分组交换网 ARPANET
  • 70 年代中期,钻研多种网络之间的互连
  • 1983 年,TCP/IP 协定成为 ARPANET 的标准协议(因特网诞生工夫)
2. 1985 年 – 逐渐建成三级构造的因特网
  • 1985 年,NSF 围绕六个大型计算机核心建设 NSFNET(主干网、地区网和校园网)
  • 1990 年,ARPANET 工作实现,正式敞开
  • 1991 年,美国政府将因特网主干网交给私人公司经营,并开始对接入因特网的单位免费
3. 1993 年 – 多层次 ISP 构造的因特网
  • 1993 年,NSFNET 逐步被若干个商用因特网主干网代替; 政府机构不再负责因特网经营,让各种因特网服务提供者 ISP 来经营
  • 1994 年,万维网 wwW 技术促使因特网迅猛发展
  • 1995 年,NSFNET 进行运作,因特网彻底商业化

ISP: 因特网服务提供者 ISP(Internet Service Provider)

1. 因特网服务提供者ISP (Internet Service Provider)

普通用户是如何接入到因特网的呢?

答:通过 ISP 接入因特网

ISP 能够从因特网管理机构申请到成块的 IP 地址,同时领有通信线路以及路由器等联网设施。任何机构和集体只需缴纳费用,就可从ISP 的失去所须要的 IP 地址

因为因特网上的主机都必须有 IP 地址能力进行通信,这样就能够通过该 ISP 接入到因特网

中国的三大ISP:中国电信,中国联通和中国移动

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基于 ISP 的三层构造的因特网

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1ues18do6j20rk0kn0wi-20220505193550271.jpg” alt=”8669c66d52f44bdda32b59e5885d2d87″ style=”zoom: 67%;” />

1.3 因特网的标准化工作

因特网协会 ISOC
因特网体系结构委员会 IAB
因特网工程部 IETF 和 因特网研究部 IRTF

1.3.1. 制订因特网规范的四个阶段

1. 因特网草案(不是 RFC)
  • 因特网的标准化工作对因特网的倒退起到了十分重要的作用。
2. 倡议规范(开始成为 RFC)
  • 因特网在制订其规范上的一个很大的特点是面向公众。

    • 因特网所有的 RFC(Request For Comments)技术文档都可从因特网上收费下载;(http://www.ietf.org/rfc.html)
    • 任何人都能够随时用电子邮件发表对某个文档的意见或倡议。
3. 草案规范
  • 因特网协会 ISOC 是一个国际性组织,它负责对因特网进行全面治理,以及在世界范畴内促成其倒退和应用。

    • 因特网体系结构委员会 IAB,负责管理因特网无关协定的开发;
    • 因特网工程部 IETF,负责钻研中短期工程问题,次要针对协定的开发和标准化;
    • 因特网研究部 IRTF,从事实践方面的钻研和开发一些须要长期思考的问题。
4. 因特网规范
  • 制订因特网的正式规范要通过以下 4 个阶段:

    1. 因特网草案(在这个阶段还不是 RFC 文档)
    2. 倡议规范 (从这个阶段开始就成为 RFC 文档)
    3. 草案规范 (目前已勾销)
    4. 因特网规范

1.4. 因特网组成 – Internet Komposition

  • 因特网由边缘局部和外围局部组成。

1.4.1. 边缘局部

由所有连贯在因特网上的 主机 组成(台式电脑,大型服务器,笔记本电脑,平板,智能手机等)。

这部分是 用户间接应用 的,用来进行 通信 (传送数据、音频或视频)和 资源共享

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1urr4mc1lj211r0gxq4x-20220505193559660.jpg” alt=”20201016103822″ style=”zoom:50%;” />

1.4.2. 外围局部

大量网络 和连贯这些网络的 路由器 组成。这部分是 为边缘局部提供服务 的(提供连通性和替换)。

1.4.3. 三种替换形式

  • 电路替换(Circuit Switching)
  • 分组替换(Packet Switching)
  • 报文交换(Message Switching)

网络中的外围局部要向网络边缘中的大量主机提供连通性,使边缘局部中的任何一个主机都可能向其余主机通信(即传送或接管各种模式的数据)。

在网络外围局部起特殊作用的是 路由器(router)。

路由器 是实现 分组替换 (packet switching) 的要害构件,其工作是 转发 收到的分组,这是网络外围局部最重要的性能。

1.4.4. 电路替换(Circuit Switching)

电路替换的三个步骤:

1️⃣ 建设连贯

     **⬇**

2️⃣ 数据传输

     **⬇**

3️⃣ 开释连贯

对于计算机突发数据的传输,线路利用率不高。

1.4.5. 分组替换(Packet Switching)

  • 将报文划分成若干个等长的数据段,而后给各数据段增加首部(蕴含重要的管制信息)形成分组。
  • 结点交换机(路由器)对分组进行存储转发。
  • 分组从源主机到目标主机,可走不同的门路。

1.4.6. 报文交换(Message Switching)

报文交换中的替换结点也采纳存储转发形式,但报文交换对报文的大小没有限度,这就要求替换结点须要较大的缓存空间。报文交换次要用于晚期的电报通信网,当初较少应用,通常被较先进的分组替换形式所取代

1.4.7. 三种替换形式的比照

假如 A,B,C,D 是分组传输门路所要通过的 4 个结点交换机,纵坐标为工夫

剖析

电路替换:

  • 通信之前首先要建设连贯;连贯建设好之后,就能够应用已建设好的连贯进行数据传送;数据传送后,需开释连贯,以偿还之前建设连贯所占用的通信线路资源
  • 一旦建设连贯,两头的各结点交换机就是直通模式的,比特流能够中转起点

报文交换:

  • 能够随时发送报文,而不须要当时建设连贯;整个报文先传送到相邻结点交换机,全副存储下来后进行查表转发,转发到下一个结点交换机
  • 整个报文须要在各结点交换机上进行存储转发,因为不限度报文大小,因而须要各结点交换机都具备较大的缓存空间

分组替换:

  • 能够随时发送分组,而不须要当时建设连贯。形成原始报文的一个个分组,顺次在各结点交换机上存储转发。各结点交换机在发送分组的同时,还缓存接管到的分组
  • 形成原始报文的一个个分组,在各结点交换机上进行存储转发,相比报文交换,缩小了转发时延,还能够防止过长的报文长时间占用链路,同时也有利于进行差错控制

1.5. 计算机网络的定义和分类

1.5.1. 计算机网络的定义

  • 计算机网络的准确定义并未对立
  • 计算机网络的最简略的定义是: 一些 接的、自治 的计算机的 汇合

    • 互连:是指计算机之间能够通过有线或无线的形式进行数据通信;
    • 自治:是指独立的计算机,他有本人的硬件和软件,能够独自运行应用;
    • 汇合:是指至多须要两台计算机;
  • 计算机网络的较好的定义是:计算机网络次要是由一些 通用的,可编程的硬件(肯定蕴含有地方处理机 CPU)互连 而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目标(例如,传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件可能用来 传送多种不同类型的数据 ,并能 反对宽泛的和日益增长的利用

    • 计算机网络所连贯的硬件,并不限于个别的计算机,而是包含了智能手机等智能硬件。
    • 计算机网络并非专门用来传送数据,而是可能反对很多种的利用(包含今后可能呈现的各种利用)。

以下零碎并不是一个计算机网络。因为图示终端机只是具备显示和输出设施的终端,不是自治的计算机。因而,这只是一个运行分时系统的大型机零碎。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1urqw6s4rj20li0g8756-20220505193615641.jpg” alt=”cHrFAg” style=”zoom: 67%;” />

1.5.2. 计算机网络的分类

  1. 依照替换技术分类

    • 电路替换网络
    • 报文交换电路
    • 分组替换电路
  1. 按使用者分类

    • 专用网
    • 专用网
  1. 依照传输介质分类

    • 有线网
    • 无线网
  1. 按覆盖范围分类

    • 广域网 WAN
    • 城域网 MAN
    • 局域网 LAN
    • 个域网 PAN
  1. 按拓扑构造分类

    • 总线型网络

    <img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1usiijvinj20ao042q2t-20220505193621414.jpg” alt=”20201016103958″ />

  • 星型网络

  • 环型网络

  • 网状型网络

1.6. 罕用性能指标

性能指标能够从不同的方面来度量计算机网络的性能。罕用的计算机网络的性能指标有以下 8 个:

  • 速率
  • 带宽
  • 吞吐量
  • 时延
  • 时延带宽积
  • 往返工夫
  • 利用率
  • 丢包率

1.6.1. 速率

1. 比特

计算机中 数据量的单位,也是信息论中信息量的单位。一个比特就是二进制数字中的一个 10

罕用数据量单位:

8 bit = 1 Byte  
KB = 2^10B  
MB = K·KB = 2^10·2^10 B = 2^20 B  
GB = K·MB = 2^10·2^20 B = 2^30 B  
TB = K·GB = 2^10·2^30 B = 2^40 B  Copy to clipboardErrorCopied
2. 速率

连贯在计算机网络上的主机在数字信道上传送比特的速率,也称为 比特率 数据率

罕用数据单位:

bit/s (b/s,bps)  
kb/s = 10^3 b/s (bps)    
Mb/s = k·kb/s = 10^3·10^3 bls = 10^6 b/s (bps)   
Gb/s = k·Mb/s = 10^3·10^6 b/s = 10b/s (bps)    
Tb/s = k·Gb/s = 10^3·10^9 b/s = 10"2 bls (bps)Copy to clipboardErrorCopied

例 1∶有一个待发送的数据块,大小为 100 MB,网卡的发送速率为 100 Mbps,则网卡发送完该数据块须要多长时间?

​ <img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/iShot_2022-05-02_23.01.35.png” alt=”iShot_2022-05-02_23.01.35″ style=”zoom:50%;” />

1.6.2. 带宽

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1usobhtvqj218y0kf444-20220505193645913.jpg” alt=”20201016104031″ style=”zoom: 50%;” />

  • 带宽在模拟信号零碎中的意义

    信号所蕴含的各种不同频率成分所占据的频率范畴。

    单位:Hz(kHz, MHz, GHz)

  • 带宽在计算机网络中的意义

    用来示意网络的通信线路所能传送数据的能力,因而网络带宽示意在单位工夫内从网络中的某一点到另一个点所能通过的“最高数据率”。

    单位:b/s(kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s)

1.6.3. 吞吐量

  • 吞吐量 示意在 单位工夫内通过某个网络(或信道、接口)的数据量
  • 吞吐量被常常用于对事实世界中的网络的一种测量,以便晓得实际上到底由多少数据量可能通过网络。
  • 吞吐量受网络的带宽或额外速率的限度

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/20201016104038.png” alt=”20201016104038″ style=”zoom: 50%;” />

带宽 1 Gb/ s 的以太网,代表其额外速率是 1 Gb/s,这个数值也是该以太网的 吞吐量的相对上限值。因而,对于带宽 1 Gb/ s 的以太网,可能理论吞吐量只有 700 Mb/s,甚至更低。

留神:吞吐量还能够用每秒传送的字节数或帧数示意

1.6.4. 时延

时延时指数据(一个报文或分组,甚至比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的工夫。

网络时延由几局部组成:

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/iShot_2022-05-02_23.12.42.png” alt=”iShot_2022-05-02_23.12.42″ style=”zoom:50%;” />

1. 发送时延

主机或路由器发送数据帧所须要的工夫,也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最初一个比特发送结束所需的工夫。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1usygfkn1j20f404874h-20220505193701149.jpg” alt=”iShot_2022-05-02_23.12.34″ style=”zoom:50%;” />

2. 流传时延

电磁波在信道中流传肯定的间隔须要破费的工夫。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/iShot_2022-05-02_23.12.53.png” alt=”iShot_2022-05-02_23.12.53″ style=”zoom:50%;” />

电磁波在 自由空间 的流传速率 v=3×108m/sv=3×108m/s
在铜线中:v=2.3×108m/sv=2.3×108m/s
在光纤中:v=2.0×108m/sv=2.0×108m/s

3. 解决时延

主机或路由器在收到分组时要花费肯定工夫进行解决

个别不不便计算。

发送时延占主导还是流传时延占主导,要依据具体例子理论剖析。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1ut1k3thuj218y0ht76w-20220505193722035.jpg” alt=”8.3kyea9o0f1y0″ />

4. 排队时延

分组在进过网络传输时,要通过许多路由器。但分组在进入路由器后要先在输出队列中排队期待解决。

有时会把排队时延看成 解决时延 一部分

总时延 = 发送时延 + 流传时延 + 解决时延(解决时延 + 排队时延)

5. 时延带宽积

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/iShot_2022-05-03_19.28.23.png” alt=”iShot_2022-05-03_19.28.23″ style=”zoom:50%;” />

时延带宽积等于流传时延和带宽的乘积。

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  • 若发送端间断发送数据,则在所发送的第一个比特行将达到起点时,发送端就曾经发送了时延带宽积个比特
  • 链路的时延带宽积又称为 以比特为单位的链路长度
6. 往返工夫 RTT

从发送端发送信息开始,到发送端接管到来自承受端发送的确认信息,称为往返工夫 RTT。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vs6tj5lgj215q0ldjuv-20220505193738401.jpg” alt=”20201016104104-2″ style=”zoom:50%;” />

  • 在许多状况下,因特网上的信息不仅仅单方向传输,而是双向交互
  • 咱们有时很须要晓得双向交互一次所需的工夫;
  • 因而,往返工夫 RTT(Round-Trip Time)也是一个重要的性能指标。
7. 利用率

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vsbonjp2j21920m542l-20220505193742837.jpg” alt=”20201016104110-3″ />

利用率分类为 信道利用率 网络利用率

  • 信道利用率:用来示意某信道有百分之几的工夫是被利用的(有数据通过)
  • 网络利用率:全网络的信道利用率的加权均匀

依据排队论,当某信道的利用率增大时,该信道引起的时延也会迅速减少

如果令:

  • D0D0:网络闲暇时延
  • DD:网络以后时延
  • UU:利用率

那么则有下列关系:

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  • 当网络的利用率达到 50% 时,时延就要加倍
  • 当网络的利用率超过 50% 时,时延急剧增大
  • 当网络的利用率靠近 100% 时,时延就趋于无穷大
  • 因而,一些领有较大主干网的 ISP 通常会管制它们的信道利用率不超过 50%。如果超过了,就要筹备扩容,增大线路的带宽

也不能使信道利用率太低,这会使贵重的通信资源被白白浪费。应该应用一些机制,能够依据状况动静调整输出到网络中的通信量,使网络利用率放弃在正当范畴内。

8. 丢包率

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vslmablzj218s0lyaf4-20220505193756035.jpg” alt=”20201016104116-2″ style=”zoom:50%;” />

  • 丢包率即分组失落率,是指在肯定的工夫范畴内,传输过程中 失落的分组数量与总分组数量的比率
  • 丢包率具体可分为接口丢包率、结点丢包率、链路丢包率、门路丢包率、网络丢包率等。
  • 丢包率是 网络运维人员 十分关怀的一个网络性能指标,但对于普通用户来说往往并不关怀这个指标,因为他们通常意识不到网络丢包。
  • 分组失落次要有两种状况:

    • 分组在传输过程中呈现 误码,被结点抛弃;
    • 分组达到一台队列已满的分组交换机时被抛弃;
    • 在通信量较大时就可能造成 网络拥塞
  • 因而,丢包率反映了网络的拥塞状况:

    • 无拥塞时门路丢包率为 0
    • 轻度拥塞时门路丢包率为 1%~4%
    • 重大拥塞时门路丢包率为 5%~15%

1.7. 计算机网络体系结构

1.7.1. 常见的计算机网络体系结构

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vslhc9oij20xy0a00th-20220505193801354.jpg” alt=”iShot_2022-05-03_19.46.28″ style=”zoom:50%;” />

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1. OSI 的七层体系结构

从下往上顺次为物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层、应用层。
它是法律上的国际标准。

2. TCP/IP 的四层体系结构

从下往上顺次为网络接口层、网际层、运输层、应用层。
它是事实上的国际标准。

现在 用的最多的是 TCP/IP 体系结构,现今规模最大的、笼罩寰球的、基于 TCP/IP 的互联网并未应用 OSI 规范。

TCP/IP 体系结构相当于将 OSI 体系结构的 物理层 数据链路层 合并为了 网络接口层 ,并去掉了 会话层 表示层

TCP/IP 在网络层应用的协定是 IP 协定,IP 协定的意思是网际协议,因而TCP/IP 体系结构的网络层称为网际层

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vsuy5tqgj20va0j4abr-20220505193811451.jpg” alt=”20201016104127″ style=”zoom:50%;” />

在用户主机的操作系统中,通常都带有合乎 TCP/IP 体系结构规范的 TCP/IP 协定族。

而用于网络互连的路由器中,也带有合乎 TCP/IP 体系结构规范的 TCP/IP 协定族。

只不过路由器个别只蕴含网络接口层和网际层。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vsuw1ckej20pv0g8gnp-20220505193815837.jpg” alt=”20201016104135″ style=”zoom:50%;” />

网络接口层:并没有规定具体内容,这样做的目标是能够互连全世界各种不同的网络接口,例如:有线的以太网接口,无线局域网的 WIFI 接口等。

网际层:它的外围协定是 IP 协定。

运输层:TCP 和 UDP 是这层的两个重要协定。

应用层:这层蕴含了大量的应用层协定,如 HTTP , DNS 等。

IP 协定(网际层)能够将不同的 网络接口(网络接口层)进行互连,并向其上的 TCP 协定和 UDP 协定(运输层) 提供网络互连服务

TCP 协定 在享受 IP 协定提供的网络互连服务的根底上,可向 应用层的相应协定 提供 牢靠 的传输服务。

UDP 协定 在享受 IP 协定提供的网络互连服务的根底上,可向 应用层的相应协定 提供 不牢靠 的传输服务。

TCP/IP 体系结构中最重要的是 IP 协定TCP 协定,因而用 TCP 和 IP 来示意整个协定大家族。

3. 五层协定的原理体系结构

联合了 OSI 和 TCP/IP 的特点,个别用于学习。

把 TCP/IP 体系结构的 网络接口层 分成了 物理层 数据链路层

五层协定的原理体系结构从下往上顺次为物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vsutbg7mj20y20l6mzx-20220505193821672.jpg” alt=”20201016104142″ style=”zoom:50%;” />

1.7.2. 计算机网络体系结构分层的必要性

  • 计算机网络是个非常复杂的零碎。早在最后的 ARPANET 设计时就提出了分层的设计理念。
  • “分层”可将宏大而简单的问题,转化为若干较小的部分问题,而这些较小的部分问题就比拟易于钻研和解决。

上面依照由简略到简单的程序,来看看实现计算机网络要面临哪些次要的问题,以及如何将这些问题划分到相应的档次,层层解决。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vsusc7pyj21fa0l6dlc-20220505193826509.jpg” alt=”12.2ax7qe9se84″ style=”zoom: 50%;” />

  1. 物理层解决应用何种信号来传输比特的问题。
  2. 数据链路层解决分组在一个网络(或一段链路)上传输的问题。
  3. 网络层解决分组在多个网络间传输(路由)的问题。
  4. 运输层解决过程之间基于网络的通信问题。
  5. 应用层解决利用过程间的交互来实现特定网络应用的问题。

以五层原理体系结构为例,阐明分层的必要性:

  1. 采纳怎么的传输媒体(介质)。
    采纳怎么的物理接口。
    应用怎么的信号示意比特 0 和 1。
    上述问题划归到物理层。
  1. 如何标识网络中的各主机(主机编址问题,例如 MAC 地址)。
    如何从信号所示意的一连串比特流中辨别出地址和数据。
    如何协调各主机通信(例如,各主机争用总线,交换机的实现原理)。
    上述问题划归到数据链路层。
  1. 如何标识各网络以及网络中的各主机(网络和主机独特编址的问题,例如 IP 地址)。
    路由器如何转发分组,如何进行路由抉择。
    上述问题划归到网络层。
  1. 如何解决过程之间基于网络的通信。
    呈现传输谬误时如何解决。
    上述问题划归到运输层。
  1. 通过利用过程间的交互来实现特定的网络应用。
    例如:反对万维网利用的 HTTP 协定,反对电子邮件的 SMTP 协定,反对文件传送的 FTP 协定。
    上述问题划归到应用层。

1.7.3. 分层思维举例

  • 例子:主机的浏览器如何与 Web 服务器进行通信

通过浏览器过程与 Web 服务器过程的交互实例,演示分组逐层封装和解封的过程

解析:
  • 主机和 Web 服务器之间基于网络的通信,实际上是主机中的 浏览器利用过程 与 Web 服务器中的 Web 服务器利用过程 之间基于 网络的通信

体系结构的各层在整个过程中起到怎么的作用?

1. 发送方发送

第一步:

  • 应用层 依照 HTTP 协定的规定构建一个HTTP 申请报文
  • 应用层将 HTTP 申请报文 交付给 运输层 解决

第二步:

  • 运输层 HTTP 申请报文 增加一个TCP 首部,使之成为TCP 报文段
  • TCP 报文段的首部格局 作用是辨别利用过程以及实现牢靠传输
  • 运输层 将 T CP 报文段 交付给 网络层 解决

第三步:

  • 网络层 TCP 报文段 增加一个IP 首部,使之成为IP 数据报
  • IP 数据报的首部格局 作用是使 IP 数据报 能够在互联网传输,也就是被路由器转发
  • 网络层 IP 数据报 交付给 数据链路层 解决

第四步:

  • 数据链路层 IP 数据报 增加一个 首部 和一个 尾部 ,使之成为(图示左边为首部,右边为尾部)
  • 首部 的作用次要是为了让 可能在一段链路上或一个网络上传输,可能被相应的目标主机接管
  • 尾部 的作用是让目标主机查看所接管到的 是否有误码
  • 数据链路层 交付给 物理层

第五步:

  • 物理层 先将 看做是 比特流 ,这里的网络 N1 假如是以太网,所以 物理层 还会给该 比特流 后面增加 前导码
  • 前导码 的作用是为了让目标主机做好接管帧的筹备
  • 物理层 将装有 前导码 比特流 变换成相应的 信号 发送给传输媒体

第六步:

  • 信号 通过 传输媒体 达到 路由器
2. 路由器转发

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1vtkegr7fj216z0u076w-20220505193906988.jpg” alt=”iShot_2022-05-03_20.13.00″ style=”zoom: 50%;” />

在路由器中

  • 物理层 信号 变为 比特流 ,而后去掉 前导码 后,将其交付给 数据链路层
  • 数据链路层 首部 尾部 去掉后,将其交付给 网络层,这理论交付的是IP 数据报
  • 网络层 解析 IP 数据报首部 ,从中提取 目标网络地址

在路由器中

  • 提取 目标网络地址 后查找 本身路由表 。确定 转发端口,以便进行转发
  • 网络层 IP 数据报 交付给 数据链路层
  • 数据链路层 IP 数据报 增加一个 首部 和一个 尾部 ,使之成为
  • 数据链路层 将帧交付给 物理层
  • 物理层 先将 看成 比特流 ,这里的网络 N2 假如是以太网,所以 物理层 还会给该 比特流 后面增加 前导码
  • 物理层将装有 前导码 比特流 变换成相应的 信号 发送给传输媒体,信号通过传输媒体达到Web 服务器
3. 接管方接管

和发送方(主机)发送过程的封装正好是反着来

在 Web 服务器上

  • 物理层 信号 变换为 比特流 ,而后去掉 前导码 后成为 ,交付给 数据链路层
  • 数据链路层 首部 尾部 去掉后成为 IP 数据报,将其交付给 网络层
  • 网络层 IP 数据报 首部 去掉后成为 TCP 报文段,将其交付给 运输层
  • 运输层 TCP 报文段 首部 去掉后成为 HTTP 申请报文,将其交付给 应用层
  • 应用层 HTTP 申请报文 进行 解析 ,而后给主机发回 响应报文

发回响应报文的步骤和之前过程相似

4. 计算机网络体系结构中的专用术语

以下介绍的专用术语来源于 OSI 的七层协定体系结构,但也实用于 TCP/IP 的四层体系结构和五层协定体系结构。

实体

实体:任何可发送或承受信息的 硬件 软件过程
对等实体:收发单方 雷同档次中的实体

协定
  • 协定是管制两个对等实体进行逻辑通信的规定的 汇合

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1xzpvafwkj21el0lx0yc-20220505193318774-20220505193928842.jpg” alt=”20201016104423″ style=”zoom:50%;” />

协定三要素:

  • 语法:定义所替换信息的格局

    • 例如,IP 数据报的格局
  • 语义:定义收发单方所要实现的操作

    • 例如,主机 HTTP 的 GET 申请给 Web 服务器,Web 服务器收到后执行相应的操作,而后给主机发回 HTTP 的响应。
  • 同步:定义收发双发的时序关系

    • 例如,TCP 的“三报文握手”建设连贯。
  • 在协定的管制下,两个对等实体间的逻辑通信使得本层可能向上一层提供服务。
  • 要实现本层协定,还须要应用上面一层所提供的服务。
  • 协定是“程度的”,服务是“垂直的”。
  • 实体看得见相邻上层所提供的服务,但并不知道实现该服务的具体协定。也就是说,上面的协定对下面的实体是 “ 通明 ” 的。

服务

  • 在协定的管制下,两个对等实体间的逻辑通信使得本层可能向上一层提供服务。
  • 服务拜访点

    :在同一零碎中相邻两层的实体替换信息的逻辑接口,用于辨别不同的服务类型。

    • 数据链路层的服务拜访点为帧的“类型”字段。
    • 网络层的服务拜访点为 IP 数据报首部中的“协定字段”。
    • 运输层的服务拜访点为“端口号”。
  • 服务原语:下层应用上层所提供的服务必须通过与上层替换一些命令,这些命令称为服务原语。
  • 协定数据单元 PDU:对等档次之间传送的数据包称为该层的协定数据单元。
  • 服务数据单元 SDU:同一零碎内,层与层之间替换的数据包称为服务数据单元。
  • 多个 SDU 能够合成为一个 PDU,一个 SDU 也可划分为几个 PDU。

要实现本层协定,还须要应用上面一层所提供的服务。
协定是“程度的”,服务是“垂直的”。
实体看得见相邻上层所提供的服务,但并不知道实现该服务的具体协定。也就是说,上面的协定对下面的实体是“通明”的。

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1xzqvg30kj21di0qt46b-20220505193312908-20220505193934991.jpg” alt=”20201016104434″ style=”zoom:50%;” />

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1.8. 总时延计算

假如: 分组等长,各链路长度雷同、带宽也雷同,疏忽路由器的解决时延。

若有 nn 个分组,mm 段链路,则总时延计算公式为:

<img src=”https://raw.githubusercontent.com/mikrokosmoskk/mdtupian/main/e6c9d24egy1h1y0ztnvrxj21kg03ejsc-20220505193254538-20220505193327675.jpg” alt=”iShot_2022-05-05_17.32.35″ style=”zoom: 33%;” />

设:

  • 总时延:$T$
  • 一个分组的发送时延:$t_0$
  • 一段链路的流传时延:$t_s$

则有:

​ $T=n×t_0+(m−1)×t_0+m×t_s$

公式了解:除了 $n×t_0$,其余都只计算最初一个分组。

留神

留神题目中,分组文件大小和分组头大小的辨别。转发过程中,会给分组加上分组头。

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