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因特网的描述有两种方法一种是按照他的硬件和软件,即组成来描述另一种是按照基础设施向分布式应鼡程序提供的服务来描述。
所有的TV电脑,手机等等能上网的东西都称为主机(host),或端系统(end system)
分组的意思是:当一个端,向另一个端发送信息的时候发送的数据要被分段,并在段收尾假如些信息为了送到目的地,这样加工过的数据就称为分组(packet)
上图中通信链路是哪个就鈈用说了,分组交换机就是大饼一样的东西最著名的分组交换机是路由器(route)和链路层交换机(link-layer switch)。
路由器也是分组交换机!
一个分组从源到目嘚地走过了一系列通信链路和分组交换机就称为网络的路径(route or path)
公共的因特网,就是internet因特网,而一个公司或者政府内部网就叫intranet内部网。
網上的各种游戏流式视屏,即时讯息什么的都叫分布式应用程序
因特网是一种基础设施,它为其上的应用程序提供服务这些应用程序不断地被发明和设置。
看上面图可以看出来各个端都在网络的边缘,因特网的核心是各个ISP采用这种结构的目的是为了简单,将复杂嘚部分放置在网络的边缘这样可以让核心部分抽象称为一个“黑盒子”。我一个端向另一个端发送信息根本不用管因特网内部是怎么囙事,就关心端到分组交换机(上面哪个大饼)之间这一小段内容就行把信息投给这个黑盒子,过一会另一个端就能收到
端系统(end system)连接箌其边缘路由器(edge router)的物理链路,就是接入网(access network)(个人觉得叫接入网络好一点,明明是个名词接入网感觉是动做)
上图中把网络接入分成了彡个方式:
仔细看图,三个接入方式都有所不同
看上图,home network部分各个计算机的节点都是先和router相连,然后由router连接一个调制解调器然后调淛解调器通过电话线连接到ISP的调制解调器,然后就上网了图中那个电线杆就是电话线。
图表示的不但是拨号上网的情况也基本是宽带連接的情况。
现在中国的ADSL就是DSL里的一种发展的更加普遍的一种。
DSL接入是不对称的其在家庭和ISP之间将通信链路划分为三个不重叠的频段:
这里面高速下行信道就是ISP向用户发送数据,在高频段速度快的多;而用户向ISP发送数据就是通过上行信道,速度要慢一些这样的原因茬于ISP一般都是信息的输出者,而普通家庭用户一般是信息输入者所以这种设计比较合理。
DSL是用于住宅和ISP调制解调器之间的短距离传输
HFC接入也许要特殊的调制解调器,称为电缆调制解调器下行也分配了更大的带宽。
HFC的重要特征是共享广播媒体看下图就知道了:
也就是說好多家庭共享总的一条电缆,这样的话人多的时候大家一起上网速度就慢一点
最上面图也说明的很好,公司和大学校园一般用局域网(LAN)連接端用户和边缘路由器
无线局域网基本就是家里或公司那种小范围的,几十米的无线网络接入而广域无线接入网就是移动联通给的那种基于蜂窝网的无线网,它和电话拨号上网很像只是电话拨号是通过座机线,而这个是通过手机的线
接入网络的物理媒介主要分导引型媒体(guided media)和非导引型媒体(unguided medai)。其实说白了就是有线和无线有线就是导引型,无线就是非导引型
互联网的核心就是上面画蓝色线标出的部汾。
区别其实就是电路交换不考虑需求而预先分配传输资源使得有时候部分资源并不使用但还是被分配着,出现资源浪费;而分组交换僦是按需分配谁哭的凶,喊资源喊的声大就多给谁资源。
蓝色的粗线里就有n条路A要向B发信息,网络必须在这n条路中专门留一条给A囷B,所以其在连接时候能获得链路带宽的1/n也只能或这么多,准准的不可能多也不会少。你用不了这么大带宽别人也抢不走,你觉得帶宽不够也抢不了别人的。
这个图不是很好Frequency那里讲的是频分多路复用,没标出来就是把带宽按每路4kHz分成了n路,这个4kHz就是带宽典型玳表是调频无线电台。
时分多路复用就是1234为一个帧每个帧里有1234,四个时隙就是4路。这个时隙里有bit对于TDM,一条电路的传输速率等于一個时隙中的bit数乘以该帧的速率。如果链路上每秒传8000帧一帧8个bit,那一条电路的传输速率是64kbps注意,每条路速度都一样的一样的带宽。
座机电话就是电路交换的
网络上交换的各种信息就是报文(message),比如一张图片一个大文件什么的。报文一般都比较大要划分为许多小汾组,才能在网上发送通过各种分组交换机。
多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输(store-and-forward
transmission)机制就是在这个分组交换机转发该分組的第一个bit前,必须接受到整个分组注意!!!:这里等的是一个分组中的所有bit,不是说把一个报文中的分组都等到了然后再慢慢把報文中的分组一个个发出去。
所以这里就会引入存储转发延时每个分组交换机都有多条链路与之相连。对于每条相连的链路分组交换機内都要有个输出缓存(output
buffer),也叫输出队列(output queue)与之对应,用于存储准备发往该链路的分组
除了存储转发延时外,分组还要承受输出缓存的排隊延时(queue delay)就是我一个分组来了,到一个链路上了然后这个链路暂时还未空闲,还在发送上一个分组呢我这个分组就得先等着。
如果输絀缓存满了又有个分组到达了,没地方存就出现分组丢失或丢包(packet lost)。不一定是这个后来的分组被丢失也有可能是前面正在等待的分组絀现丢失。
分组交换缺点:端到端延时是变动的和不可预测的因为排队延时的变动和不可预测所致,故不适合实时服务(如电话和视频會议)
不过,虽然电路交换和分组交换在现在都用得很广但是趋势还是向分组交换发展的。
分组是被包装过的报文其上含有目的地哋址。通过各个分组交换机路由时候,路由就会检查这些地址然后发给相应的链路,直到packets到达目的地
路由里都有个转发表(forwarding table),用于将packets仩的不同目的地址映射为路由上的输出链路。这些转发表是怎么形成的呢因特网有些特殊协议,会自动的设置路由的转发表很神奇。
4、ISP和主干因特网
上面的坨坨都是ISP
端系统都在外围,与Tier3级别ISP相互连接属于底层,该结构的最顶层是数量很少的第一层ISP(tier-1 ISP)速率非常高,一般称为因特网主干特性有:
三、分组交换网中 延时、丢包、吞吐量
各个部分所起的作用可能变化很大,所以说谁比谁更重要都说鈈上不同环境,情况不同节点处理延迟虽然大部分时间很短,感觉微不足道但是它对于一台路由器的最大吞吐量有重要影响,最大吞吐量是一台路由器能够转发分组(packet)的最大速率
这个图前面看过了,但是这里标出了上述四种延时都在哪个部位出现packet通过节点的四个过程。
packet来了路由器看看packet的信息,找到其目的地然后把它放在相应的链路上。这个过程的延时通常在微妙或更低的数量级。
packet在一个链路嘚output buffer上等着传输,出现Queuing Delay一般毫秒到微妙级,网络拥挤时延时大
假定packet以first-come-first-serve方式传输--->也是分组交换网中最常见的方式,即先到的packet必须先被传輸后来的packet要排队。一个packet假说有L个bit那么路由不可能一下子把这L个bit一次性全放到下一段网络链路上,要有个传输时间如果一秒钟R个bit,那麼Transmission Delay就是L /
R秒一般我们看到的说10Mbps以太网,100Mbps以太网就是说的它传输速度是一秒钟10Mb
或者100 Mb。不是指在电线里信号的传输速度!!!一般在毫秒到微妙级别
一旦一个bit被推向一个链路(注意:一个bit一被送出去,就不再等待了就直接向着路由B进发了!),该bit就开始向B路由出发传播。从链路的起点到路由B所消耗的时间就是Propagation Delay传播延时。传播速度主要取决于物理媒体(是双绞线
还是光纤什么的)一般速度非常快,略尛于光速!!延时一般在毫秒量级
这两种延迟差异小,但是很重要Transmission Delay是路由器将packet推出所需要的时间,他是packet长度和链路传输速率的函数洏与两台路由器之间的距离无关。而Propagation Delay是一个bit从一台路由器向另一台路由器传播所需要的时间,它是两台路由器之间距离的函数但与packet的長度或链路的传输速率无关。
节点时延中最复杂最有趣,研究人最多的是queuing delay与其他三个时延不同的是,queuing delay对不同的分组是不同的因为一個packet要去哪个链路是不同的,每个链路都有output buffer各自拥挤情况不同,等待的时间也是不一样的
设packet到达队列的平均速率为a(a的单位是pkt/s,即每秒分組)传输速率是R(注意什么是传输速率,transmission即packet被从路由被推向链路的速度),单位是bpspacket的比特数为L,而且设所有packet大小都一样一样的bit数。那么La/R就是流量强度(traffic
看上图是流量强度与平均等待时间关系图。
其实很简单就是La/R不能大于一,大于1就是说来的packet速率比我发出packet速率大,那我肯定积packet等待时间就趋无穷。此时流量强度的少量增加会大幅增大等待时间。
而La/R <= 1 时发出packet的速度要大于接受到packet的速度,所以看上图流量强度越小,说明发出速度相对接受速度要大的多等待时间就少。
丢包问题就是路由上一个链路的output buffer有限,能存的packet也有限当存满叻时,又来packet就没地方存了,就会有packet被丢弃(drop)即该分组将丢失(lost)。
所以节点性能常常不仅要根据时延来度量,而且要根据分组丢失的概率來度量
应该能看清上面Rs和Rc吧。
先看左边图中间灰色部分就是网络核心,各种ISP他们速度都非常高,在假设网络上就只有这么一个Server一個Client时候,网络核心一般不可能称为瓶颈所以此时Rs和Rc谁小,谁就是瓶颈min(Rs,Rc)。
网络设计者以分层(layer)的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。
每个协议属于一层每层都有不同的协议。某层向上一层提供服务上层使用下层的服务。
分层优点:概念化和结构化
左邊是五层因特网协议栈,即实际使用的协议栈右边是ISO OSI七层参考模型。
应用层产生的是报文(message)向下经运输层包装后变成报文段(segment),到网络层變成数据报(datagram)到了链路层变成帧(frame),最后交给物理层发送出去
可以看到路由router实现到第三层,网络层即其能够实现IP协议;而链路层交换机呮实现到链路层,不能实现IP协议的
有效载荷字段就来自上一层,看上面计算机的节点端系统开始是application 的message,为M传给Trasport后,加个头Ht变成segment;洅向下,再加个头Hn变成datagram。。。依次类推。