计算机网络 Vol1 ｜ 什么是因特网

暑假新坑，自顶向下的学习计算机网络，虽然作为交通人学过了信号与系统、信息传输原理、嵌入式系统中，了解到了比特传输以及协议的初步概念，但是和实际应用中的计算机网络还存在比较大的GAP，自顶向下成功的介绍了如何去看计算机网络，而且作者行文非常有趣！Computer Networking_ A Top-Down Approach, Global Edition, 8th Edition.pdf,自己nextcloud搭建的webdav网盘分享！

chapter01 计算机网络和因特网

概述计算机网络和因特网，这章的目标是从整体上粗线条勾勒出计算机网络的概貌，并且描述这本书的内容框架，包含大量计算机网络的背景知识，并放到整个网络的大环境中讨论结果。

在介绍基本术语和概念后，将首先查看构成网络的基本硬件和软件组建，从网络的边缘开始考察网络中运行的端设备；之后探究网络的核心，包括传输数据的链路和交换机，以及将端系统和网络核心相连接的接入网和物理媒体

后半部分将从更广泛、更抽象的角度来考察计算机网络，包括其中的数据的时间延迟、丢包和吞吐量；介绍其中的关键体系结构原则，如协议分层和服务模型，我们将了解到计算机网络对于许多不同类型的攻击来说是脆弱的

1.1 是什么是因特网（Internet）

1.1.1 硬件角度描述

computer network似乎有点过时，因为除了电脑、服务器智能手机、电视、游戏机、温度调节设备都逐渐连接到因特网中，而这些设备通常称为主机（Host）或者端系统（End system）

端系统（End system）通过通信链路（Communication link）和分组交换（Packet switch）连接到一起，

其中通信链路由不同的物理媒介组成，包括同轴电缆、铜线、光纤等，最重要的是传输速率

其中分组交换是将从一组输入链路到达另外一个输出链路，在这个过程由许多特色的分组交换机，其中最著名的包括路由器（router）和链路层交换机（link-layer switch）

### 1.1.2 软件角度描述

互联网应用处理传统的电子邮件、web冲浪等传统应用外，还包括移动智能手机和平板电脑应用程序，其中包括即时通讯、地图导航、流媒体等，这些应用程序涉及多个相互交互数据的端系统，因此称为分布式应用系统（distributed application）

​ ？？假设你希望对分布式因特网有一个激动人心的想法，如何将这种想法转换称为一种实际的因特网应用呢？？也就是运行在一个端系统上的应用程序怎样才能通过互联网获得在另一个端系统上的软件发送的数据？ 与因特网的端系统提供了一个套接字 socket interface，规定了运营在一个端系统上的程序 请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地程序交付数据的方式，是发送程序必须遵循的规则集合

协议（protocol）定义了两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文发送和或接受一条报文或其他时间所采取的动作

不同的协议用于完成不同的通信任务

1.2 网络详细 — 网络边缘

端系统称为主机（host），也被叫做端系统（End system），主机可以进一步划分为客户（Client）和服务器（Server）

传输的物理媒介到底是什么？也就是信息传输原理中传递信息的方式，从发射器到接收器中的物理媒介和引导型媒介

1. 物理媒介（Physical medium）
2. 双绞铜线，用来减少临近类似的双绞线的嗲你去干扰，无屏蔽双绞线（UTP）通常用于建筑物内的计算机网络（LAN）
3. 同轴电缆，由两个铜导体组成的，但是这两个导体是同心的而不是并行的，可以达到较快的数据传输速率
4. 光纤，一种细而柔软的能够引导光脉冲的媒介，衰减低同时难以窃听，由于光频率的特殊性，以51.8Mpbs作为标准版
5. 导引性媒介（Guided media）
6. 陆地无线电信道，极大的依赖于传播环境和信号传输的举例，分为短、中、长三类
7. 卫星无线信道，通常使用两类卫星，同步卫星（geostationary satellite）和近地轨道（low-earth satellite）

边缘设备和网络链接需要考虑接入网，也就是将端系统物理设备连接到边缘路由器（Edge router），常见的方式有：

1. 家庭接入，DSL、电缆、FTTH、拨号和卫星
2. DSL（Digital Subscriber Line）数字用户线，受限于价格或者物理贷款，上行速率和下行速率并不相同
3. 电缆（Cable Internet Access）利用有线电视公司现有的有线电视基础设施，通常使用同轴电缆和光纤混合的方式（Hybrid Fiber Coax，HFC）
4. 光纤到户（Fiber to the home，FTTH)，分为主动光纤网络和被动光纤网络
5. 非常慢、适合偏远地区的卫星和拨号（传统电话线）
6. 公共场所，以太网和WiFi
7. 使用局域以太网将设备连接到交换机，比如使用双绞铜线连接到减缓集
8. 一种基于IEEE802.11的LAN介入方式
9. 虽然以太网和Wi-Fi接入网最早出现在企业或大学，但是今年来也已经成为家庭网络中相当常见的部件
10. 移动网络，3G、LTE、5G
11. 利用基站布设来获取速度
12. LTE（long term evolution）最差首字母缩写词，取得了10Mpbs的速率

1.3 网络详细 —网络核心

由通信链路和交换机组成的网状系统，在网络链路和交换机移动数据的两种基本方法，电路交换（circuit switching）和分组交换（packet switching）

1.3.1 分组交换

传递报文，但是会根据数据包有时延，因为交换机需要存储文件然后发出去

1.3.2 电路交换

面向电路的连接，无论时时分复用、频分复用还是码分复用

1.4 网络详细 — 评价指标：时延、丢包和吞吐量

在理想情况下，我们希望因特网服务能够在任意两个端系统之间随心所欲瞬间移动数据而没有任何数据丢失，但是受限于系统的实际传递速率，可能会丢到分组的报文，一方面这个是网络的巨大问题，另一方面也是计算机网络存在的意义

1.4.1 时延的概述

当分组报文从一个节点沿着这条路到达下一个节点，该分组在沿途中的每个节点经受了几种不同类型的时延，其中最重要的包括

1. 节点处理时延（Nodal processing delay），比如检查比特差错所需要的时间、等时间
2. 排队时延（Queuing delay），在队列中，在链路上等待传世的时间，如果流量很大，则不能传输无需等待
3. 传输时延（Transmission delay），这个适用于报文分组所需要的时间毫秒级到微秒级别
4. 传播时延（Propagation delay），这个是实际上在路径上运行的额记录，一旦一个比特走向了链路，该比特所需要的路由器传播

不同业务场景对于计算机网络的性能处理方式并不相同。

1.4.2 排队时延和丢包的关系

当然是时延越长，丢包越多啦

1.4.3 端到端时延

略

1.4.4 计算机网络的吞吐量

略

1.5 网络详细 — 协议层次和服务模型

在计算机网络中虽然存在大量的饮用程序协议、各种个样的端系统、分组交换机以及各种类型的链路级媒体，面对这种复杂性，还存在组织网络体系结构的希望吗？答案是肯定的，OSI参考模型

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1.5.1 分组的体系结构

利用分层的体系结构就可以讨论一个大而复杂系统的定义良好的特定部分，这种简化本身由于提供模块化而具有很高价值，这是的某层所提供的服务容易改变，只要该曾对上面提供相同的服务并且使用来自下层的相同服务，就可以保持不断更新，这种改变服务的实现而不影响该系统其他组件是分组的另一种重要优点。但是分层的一个潜在缺点是一层可能容易较低层的功能。将这些综合起来，各层的所有协议被成为协议栈（protocol stack）

1. 应用层，比如HTTP、SMTP、FTP、SFTP、DNS解析
2. 运输层，TCP、UDP
3. 网络层，将数据报datagram从一台主机移动到另一太主机，包括著名的网际协议你IP，也包括路由选择协议等，统一称作IP层
4. 链路层，包括以太网、WIFI、电缆接入网DOCSIS协议，这里的分组成为frame
5. 物理层，通过物理协议传输

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