Allen Lee@Blog

第一章

具体构成概述

与因特网互联的设备都称为主机(host)或端系统(end system)，其又被划分为两类客户端(clinet)和服务器(server)。较大型的服务器有时又被称为数据中心(data center)

端系统通过**通信链路(communication link)和分组交换机(packet switch)**连接到一起

不同链路能够以不同的速率传输数据，其**传输速率(transmission rate)**以比特/秒(bit/s, 或 bps)度量

一台端系统向另一台端系统发送数据时，发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节。由此形成的数据包称为分组(packet)。完整信息的多个分组组成报文(message)

最著名的分组交换机是路由器(router)和链路层交换机(link-layer switch)。链路层交换机通常用于接入网中，而路由器通常用于网络核心中

路由器是网络层设备，因为其基于网络层数据报中的首部字段来做转发

从发送端系统到接受端系统，一个分组经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径(route, 或 path)。每个发射器-接收器对之间，通过跨越**物理媒体(physical medium)**传播比特

物理媒体分为，引导型媒体(guided media)和非引导型媒体。引导型电波沿着固体媒体前行

端系统通过**因特网服务提供商(Internet Service Provider, ISP)**接入因特网。较低层的 ISP 通过国家、国际的较高层 ISP(如 Level 3 Communications、AT&T、Sprint 和 NTT)连接起来。较高层 ISP 是由通过高速光纤链路互联的高速路由器组成的

因特网标准(Internet standard)由因特网工程任务组(Internet Enginerring Task Force, IETF)研发。其标准文档称为请求评论(Request For Comment, RFC)

TCP(Transmission Control Protocol, 传输控制协议)/IP(Internet Protocol, 网际协议)

服务概述

如云音乐流、多人游戏和视频会议等，这些应用程序涉及多个相互交换数据的端系统，因此被称为分布式应用程序(distributed application)

与因特网相连的端系统提供了套接字接口(socket interface)，其规定了运行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程序交付数据的方式

协议定义了在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/或接收一条报文或其他事件所采取的动作

网络边缘

接入网

接入网指将端系统物理连接到其**边缘路由器(edge router)**的网络

宽带住宅接入的类型：数字用户线(Digital Subscriber Line, DSL)和电缆因特网接入(cable Internet access)、光纤到户(Fiber To The Home, FTTH)、卫星链路(如 StarBand、HughesNet 等)

dsl_internet_connect
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hybrid_fiber_coax_system
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几种接入通常都是不对称的，下行速率普遍高于上传速率。而且电缆因特网会共享广播媒体，造成网络拥挤和缩水的传输速率

电缆数据体系结构和协议通过**电缆服务接口规范(Data-Over-Cable Service Interface Streture, DOCSIS)**定义，以避免信号碰撞

光纤分为两种分布体系结构：主动光纤网络(Active Optical Network, AON)和被动光纤网络(Passive Optical Network, PON)。AON 本质上就是交换因特网

ftth_internet_connect_pon
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企业或家庭通过以太网(局域网 LAN 技术之一)、WiFi(IEEE 802.11)、3G 无线网或 LTE(Long-Tern Evolution, 长期演进)接入

网络核心

分组交换

**分组交换网络(packet switching)**指，工作时通过每条包含传输信息的报文来传输数据。提供了良好的带宽共享，但不保证传输速率

分组交换机在链路输入端使用存储转发传输(store-and-forward transmission)机制。指交换机输出之前，必须接收到整个分组。 每台分组交换机有多条链路与之相连。每条链路分组交换机产生一个输出缓存(output buffer, 或输出队列 output queue)，用于存储输出时的分组。因此会产生排队时延(queuing delay)。若该缓存满了，将出现分组丢失(packet loss, 丢包)

路由器使用**转发表(forwarding table)来将目标 IP 地址(或其一部分)映射为输出链路，使用路由选择协议(routing protocal)**来生成转发表

电路交换

**电路交换网络(circuit switching)**指，预留了系统通信的资源（连接、缓存等）的网络（如电话网）。其保证了传输速率，但不需要通信时也需要维护通信的资源

电路交换网络中，链路的电路通过频分复用(Frequency-Division Multiplexing, FDM)或时分复用(Time-Division Multiplexing, TDM)实现的。 对于 FDM，链路的频谱由所有连接共享，每条连接专用一个频段。该频段的宽度（Hz）称为带宽(band-width)； 对于 TDM，时间被划分为固定期间的帧。每个帧又被划分为固定数量的时隙。每条连接指定的时隙传输

tdm_timeslot
tdm_timeslot

网络的网络

isp_connection
isp_connection

**存在点(Ponit of Presence, PoP)**提供上级 ISP 向下级 ISP 的连接入口，一个 PoP 是一台或多台服务器的群组

任何 ISP 可以选择多宿，即可以与多个提供商 ISP 连接， 位于相同层级的 ISP 能够对等，直接将网络连接到一起，进行无结算网络传输

第三方公司的因特网交换点提供对等时的控制和处理

内容提供商使用数据中心创建自己的网络或者使用 IXP 等减少接入网络的费用

分组交换网络中的时延和吞吐量

时延

router_delay
router_delay

传输时延指一个分组被路由器处理的时延；传播时延指一个分组从一个路由器传播到另一路由器的时延； 比率La/R(L 指平均分组比特数, a 指分组到达队列的平均速率, R 指传输速率)称为流量强度(traffic intensity)。若>1，则队列趋向于无限增加，排队时延趋向无穷大

吞吐量

**瞬时吞吐量(instantaneous throughput)**指任何时候瞬间主机 B 收到文件的速率(bps 计)

**平均吞吐量(average throughput)**指 F 比特的文件用去 T 秒的速率(F/T bps)

若两端系统的吞吐量是 min{R1, R2, ...Rn}，称为**瓶颈链路(bottleneck link)**的速率

协议层次及服务模型

网络设计者以分层(layer)的方式组织协议及实现这些协议的网络硬件和软件。某层向上一层提供的服务，即服务模型(service model)。各层的所有协议被称为协议栈(protocol stack)。因特网协议栈中，对于 OSI(开放系统互联)参考模型多出的两层由开发者自行处理

service_model
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layers
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