title: 【重拾网络】基本概念
date: 2017-07-19 23:25:03
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- 网络
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Netty 还没看几页就碰到 TCP 接收滑块的问题。隐约记得传输层协议学习的时候看过，但也忘的七七八八的了。毕业两年网络相关的知识也差不多丢完了（就好像自己以前会一样），从本文开始回顾一下网络知识。目标至少网络层以上的主要协议大致过程要清楚，尤其是 Web 开发常见协议，总结的顺序依据《计算机网络——自顶向下学习方法》。
网络构成
网络边缘
- 主机
- 网络应用，模型
- C/S
- P2P
接入网络
- 目的：将网络边缘接入网络核心（边缘路由器）
- 物理介质：有线、无线通信链路
- 分类：家庭、机构、移动
- 关心主题：带宽、独占 / 共享
DSL
- 利用电话线
- 频分多路复用
- 0 ~ 4HKZ：电话
- 4KHZ ~ 50KHZ：上行
- 50KHZ ~ 1MHZ：下行
- 带宽：上行 < 2.5 或 1 Mbps, 下行 > 24 或 10 Mbps
- 独占
电缆
- 电视网络
- 频分多路复用
- HFC：混合光纤同轴电缆
- 带宽：上行 2Mbps，下行 20Mbps
- 共享
以太网
- 机构使用
- 带宽：10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps
无线接入
- 共享无线网络
- 无线局域网：802.11 b/g, 11Mbps, 50Mbps
- 广域无线接入
网络核心
目的：数据交换，从源主机通过核心网络送到目的主机
互联
- 路由：确定分组从源主机到目的主机的传输路径
- 转发：将分组从路由器输入端口交换至正确的输出端口
结构
网络的网络——Internet
- 端系统通过接入 ISP 连接到 Internet
- ISP 必须进一步互联，构成复杂网络
ISP 互联方式：
-
直接彼此互联
需要 N * (N-1) / 2 条连接
-
每个接入 ISP 连接到一个国家/全球ISP
引入交换设备简化了方式 1，问题：1. 距离；规模：瓶颈，端口
-
在方式 2 基础引入竞争者——二级，三级 ISP
引入交换网络，解决连通性、网络规模问题
引入区域 ISP，连接端系统和接入 ISP
内容提供网络
数据交换
- 交换含义：
- 动态转义
- 动态分配传输资源
- 数据交换方式：电路、报文、分组
多路复用技术
- 链路/网络资源划分为资源片
- 将资源片分配给各路呼叫
- 每路呼叫独占分配到的资源进行通信
- 资源可被闲置
- 分配
- 频分复用 FDM，有先电视网络，占用不同频带
- 时分复用 TDM，占用不同时间片
- 波分复用 WDM，光的频分复用
- 码分复用 CDM，无线链路共享
交换技术
电路交换
- 典型：电话网络
- 过程：
- 建立连接
- 通信
- 释放连接
- 特点：独占资源
- 中继线共享——多路复用
报文交换
源（应用）发送信息整体，典型：电报
分组交换
分组：报文拆分出来的较小的数据包
过程：报文拆分、重复
额外开销：1. 拆分，重组；2. 头信息
报文、分组交换异同
- 同：过程都是存储-转发
- 异：交换过程是否查分数据
分组、电路交换特点
- 分组不独占，电路独占资源
- 分组更适合突发数据传输网络
- 分组特点：
- 无需呼叫建立
- 资源充分共享
- 可能产生拥塞：分组延迟，丢失
分组、报文耗时比较
发送 M bits 的报文，链路带宽为 R bps，分组长 L bits，跳步数 h，路由器数 n。（n = h -1）
报文：M / R * h
报文：(M / R) + (h -1) * L / R -> M / R + nL / R
分组交换时延 & 丢包 & 吞吐量
时延：结点处理时延、排队时延、传输时延、传播时延
-
流量强度
流量强度：分组 * 分组到达平均速率 / 传输速率
流量强度 > 1：表示比特到达平均速率超过队列传输出去速率，队列趋于无界增加，排队时延趋于无穷大
丢包：到达的分组排满一个队列后，路由器将丢弃分组
吞吐量：取决于数据流过的链路的传输速率，近似为沿着源和目的地之间路径的最小传输速率
网络分层
TCP/IP 五层模型
| 协议 | 主要作用 | 关注点 | 常见协议 | 协议数据单位 | 物理设备 |
|---|---|---|---|---|---|
| 应用层 | 为应用程序提供网络传输接口 | 进程如何通信 | HTTP, DNS | PDU | |
| 传输层 | 负责将上层数据分段并提供端到端的传输 | 端到端的差错控制和流量控制 | TCP, UDP | segment | |
| 网络层 | 网络地址翻译成对应的物理地 ，解决如何将数据从发送方路由到接收方 | 对子网间的数据包进行路由选择，实现拥塞控制、网际互连等功能 | ARP, IP | packet | 路由器 |
| 连接层 | 控制网络层与物理层之间的通信，在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。 | 物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等 | frame | 交换机，网桥 | |
| 物理层 | 为上层协议提供了一个传输数据的物理媒体 | 规定了激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性 | bit | 集线器，中继器 |
为什么强调五层呢？因为还有个 TCP/IP 四层协议把链路层和物理层合并了，统称为网络接口层
OSI 模型
实际上 TCP/IP 模型是从 OSI 模型演化来的。学院派先搞出的 OSI 模型，工业使用了更简化的 TCP/IP 协议。
具体表现是 TCP/IP 协议把 OSI 的应用层、表示层、会话层合同为应用层。
分层的过程：
- 发送方应用程序的数据总是从最上层开始，层层向下，最终经由物理层发送出去
- 接收方的物理层接收到数据后，层层向上，最终经由应用层分发到具体的应用程序进程中
- 在数据层层向下的过程中，每一层都会对数据进行一些封装处理（如打包或者编码）
- 在数据层层向上的过程中，每一层都会对数据进行一些逆处理（如解包或者解码）
