计算机网络

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分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

时延概述

结点处理时延：如检查比特级别的差错所需要二时间，该差错出现在从上游结点向下级路由器传输这些分组比特的过程中。

排队时延：等待进入传输队列的时间。

传输时延：数据块从结点进入传播媒体的时间。

传播时延：从链路的起点到路由器所需要的时间。

排队时延和丢包

排队时延的大小取决于流量是周期性到达还是以突发形式到达

端到端时延

$$
d_{end-end} = N(d_{proc} + d_{trans} + d_{prop})
$$

无拥塞的情况下，没有排队时延。处理时延为proc， 传播时延为prop，trans为传输时延

计算机网络中的吞吐量

瞬时吞吐量

平均吞吐量

计算机网络体系结构和参考模型

计算机网络分层结构

在计算机网络体系结构的各个层次中，每个报文都分为两部分：一是数据部分，即SDU（service Data Unit）服务数据单元；二是控制信息部分，即PCI（Protocol Control Information）。它们共同组成PDU（Protocol Data Unit）协议数据单元，PDU是对等层次之间传递的数据单位。

物理层的PDU称为比特

数据链路层的PDU称为帧

网络层的PDU称为分组

传输层的PDU称为报文

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计算机网络协议、接口、服务的概念

协议就是规则的集合

接口是同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，每层只能为紧邻的层次之间定义接口。

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五层因特网协议栈

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应用层：

​ 协议：HTTP, SMTP, FTP

​ 信息分组：报文

运输层：

​ 协议：两个运输协议：TCP、UDP

​ 信息分组：报文段

网络层：

​ 因特网的网络层负责将称为数据报的网络层分组从一台主机转移到另一台主机。

​ 协议：IP协议

​ 信息分组：数据报

数据链路层：

​ 由链路层提供的服务取决于该链路的特定链路层协议。因为数据报从源到目的地传送通常要经过几条链路，一个数据报可能被沿途不同链路上的不同链路层协议处理。

​ 协议：每个链路有自己特定的协议

​ 信息分组：帧

物理层

​ 虽然链路层的任务是将一个个帧从一个网络元素移动到下一个网络元素，而物理层的任务是将该帧中的一个个比特从一个结点移动到下一个结点。

​ 协议：这层的协议仍然是链路相关的，并且进一步与该链路的实际传输媒体相关。例如以太网具有许多物理层协议：关于双绞铜线、关于同轴电缆、关于光纤等。

七层ISO/OSI模型

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物理层

传输单位：比特

任务：传输比特流（二进制传输）

功能：在物理媒体上为数据端设备透明传输原始比特流。

主要协议：IEEE802.3

数据链路层

传输单位：帧

任务：将网络层传来的IP数据报组装成帧。

功能：成帧、差错控制、流量控制和传输管理等。

主要协议：MAC 、VLAN、PPP

网络层

传输单位：数据报

任务：把网络层的（PDU）协议数据单元（分组）从源端传到目的端。

功能：流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互连等功能。

主要协议：IP、IPX、ICMP（Internet Control Message Protocol）、ARP（Address Resolution Protocol）

因特网的主要协议是无连接的网际协议（IP， internet Protocol）和许多路由选择协议，因此因特网的网络层也叫网际层和IP层

传输层

传输单位：报文段（TCP报文）或数据用户报（UDP）

任务：负责主机中两个进程之间的通信

功能：为端到端提供可靠的传输服务，为端到端提供流量控制、差错控制、服务质量、数据传输管理等服务。

主要协议：TCP、UDP

会话层

传输单位：会话层协议数据单元（Session Protocol Data Unit, SPDU）

任务：允许不同主机上的各个进程之间进行会话。会话也称建立同步（synchronize）

功能：负责管理主机间的会话进程，包括建立、管理及终止进程间的会话

主要协议：RPC（远程调用协议 Remote Procedure Call Protocol）、NFS（Network File System）

表现层

传输单位：PPDU（Presentation Protocol Data Unit 表示协议数据单元）

功能：对数据进行翻译、加密和压缩

主要协议：ASCII、JPEG

应用层

传输单位：APDU（Application Protocol Data Unit 应用协议数据单元）

功能：允许访问OSI环境的手段

主要协议：FTP、HTTP、DNS

OSI协议栈

TCP/IP模型

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TCP/IP模型与OSI参考模型的比较

  • 相似之处

    • 二者都采用分层体系结构，将庞大且复杂的问题划分为若干较容易处理的、范围较小的问题。
    • 二者都是基于独立的协议栈的概念。
      • 协议栈（英语：Protocol stack），又称协议堆叠，是计算机网络协议套件的一个具体的软件实现。协议套件中的一个协议通常是只为一个目的而设计的，这样可以使得设计更容易。因为每个协议模块通常都要和上下两个其他协议模块通信，它们通常可以想象成是协议栈中的层。
    • 二者都可以解决异构网络的互联，实现不同计算机之间的通信。

  • 不同之处

    • OSI参考模型的最大贡献就是精确地定义了三个主要概念：服务、协议和接口，这与面向对象的设计思想非常吻合。而TCP/IP模型在这三个概念上没有明确的区分。
    • OSI参考模型在协议发明之前，没有偏向于任何特定的协议，通用性良好。TCP/IP模型在设计方面最先出现的是协议，模型实际上是对已有协议的描述，因此不会出现协议不匹配模型的情况，但是模型不适合于非TCP/IP模型。
    • TCP/IP模型在设计之初就考虑到了多种异构网的互联问题，并把IP作为一个单独的重要层次。
    • OSI参考模型在网络层支持无连接和面向连接的通信，而在传输层仅又面向连接的通信。而TCP/IP模型认为可靠性是端到端的问题，因此它在网际层仅有一种无连接的通信模式，但传输层支持无连接和面向连接的通信模式。

物理层

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数据链路层

网络层

传输层

应用层