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什么是因特网

描述因特网有两种方式

• 具体构成描述

  即构成因特网的软件硬件

• 根据为分布式应用提供网络服务的基础设施来描述因特网

具体构成描述

因特网是一个互联了遍及全世界数十亿计算设备的网络，包括PC，Linux服务器，以及手机，等一系列智能设备。用因特网术语来称呼这些智能设备为主机，或者端系统。

端系统之间通过通信链路和分组交换机连接到一起

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通信链路有不同类型的物理媒体组成，包括同轴电缆，铜线，光纤和无线电频谱，不同的链路传输速率不同（链路传输速率以 比特/秒 来衡量）

分组交换机从它的一条入通信链路接受到达的分组，并从它的一条出通信链路转发该分组。

分组：当一台端系统要向另一台端系统发送数据时，发送端系统将数据分段，并为每段数据添加上首部字节，由此形成的每段信息包称为分组。

分组交换机主要分为两种

• 路由器（常用于网络核心中）
• 链路层交换机（常用于接入网中）

网络的路径：一个分组所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

端系统如何接入因特网 —— ISP

• 端系统通过 ISP （网络服务提供商，也就是我们常说的三大运营商）接入因特网

• 每个 ISP 自身就是一个由多台分组交换机以及多段通信链路组成的网络。ISP 为端系统提供了各种不同类型的网络接入

  • 宽带接入
  • 无线接入
  • 高速局域网接入
  • 将 Web 站点和视频服务器直连因特网 例如（youtube，b站这种？猜的。。）

端系统、分组交换机、其他因特网部件如何完成通信 —— 协议

• 协议控制着因特网中信息的接受和发送的统一标准。其中 TCP/IP 协议族是目前因特网主流采取的协议族。

谁来指定因特网的统一标准—— IETF（因特网工程任务组）

• IETF 的标准文档 称为 RFC（Request For Comment）

服务描述

分布式应用之间如何完成通信—— Socket interface（套接字接口）

• 分布式应用，就是涉及到多个相互交换数据的端系统的应用程序，如现在的QQ微信等等。
• Socket 接口规定了一系列应用程序发送接受数据必须遵守的规则。如同邮局一样，必须要遵守邮局的基本规则——写好地址、邮政编码等等，邮局才能正确处理邮件，予以邮寄。

当然，因特网为应用程序提供的服务也不仅仅只有这一种。

什么是协议

• 协议定义了在两个及以上通信实体之间采取的报文的格式和顺序，以及报文发送和接受一条报文或者其他事件所采取的动作
• 报文：网络中交换于传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息。

掌握计算机网络的过程就是理解网络协议的构成、原理和工作方法的过程

网络边缘

因为端系统通常位于因特网的边缘，所以被称为端系统。又因为端系统能容纳运行应用程序，所以又被称为主机。主机又被进一步划分为客户端和服务端。

接入网

什么是接入网

• 将端系统物理连接到其边缘路由器的网络
• 边缘路由器：端系统到任何其他远程端系统的第一台路由器

家庭接入因特网的几种方式

• DSL（数字用户线，Digital Subscribe Line）（常用）

  住户通常从提供本地电话接入的 ISP 获得 DSL 因特网接入。即住户的本地电话公司也是它的ISP（就像今天的办宽带一样）

  每个用户的DSL调制解调器使用现有的电话线与位于电话公司的本地中心局中的数字用户线接入复用器（DSLAM）交换数据。家庭的DSL调制解调器得到数字数据后将其转换为高频音，已通过电话线传输给本地中心局。来自许多家庭的模拟信号在DSLAM处被转换回数字形式。

  • 调制解调器：调制解调器，是调制器和解调器的缩写 ，一种计算机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言，简单来说就是 数字信号 ==> 模拟信号的一种电子器件
  • DSLAM：接纳所有的DSL线路，汇聚流量，相当于一个二层交换机（仅支持数据链路层交换技术的交换机）。

  如何完成一条电话线同时承载数据和传统的电话信号

  • 使用不同的频率进行编码，频分复用技术。

• 电缆（常用）

  电缆因特网接入利用了有线电视公司现有的有线电视基础设施。即住户的提供有线电视的公司为它的ISP。

• FTTH（Fiber To The Home，光纤到户）

• 拨号

• 卫星

企业接入因特网的几种方式

• 以太网 和 WiFi

广域无线接入因特网的几种方式

• 3G（可能有点老惹） 和 LTE

物理媒体

• 导引型（有固体载体）
  • 双绞铜线
  • 同轴电缆
  • 光纤
• 非导引型
  • 卫星无线电信道
  • 陆地无线电信道

网络核心

分组交换

分组以等于该链路最大传输速率的速度传输通过通信链路，即如果某源端系统或者分组交换机经过一条链路发送一个 L 比特的分组，链路的传输速率为 R 比特/秒，则传输该分组的时间为 L / R 秒

分组交换的几个探讨点

• 存储转发传输机制（链路的输入端）

  存储转发传输是指 在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前必须接受到整个分组。就类似于大部队长征，每过一次难关，只有等人员汇合了才会继续往前走

• 排队时延和分组丢失

  排队时延：每台分组交换机有多条链路与其相连，对于每一条链路，该分组交换机具有一个输出缓存，也成为输出队列，用于存储路由器准备发往那条链路的分组。当一个分组抵达链路发送端即将传输发现该链路正在传输其他分组，则会在输出缓存中等待，由此便产生了排队时延。

  分组丢失：当输出缓存满了的情况，若此时又有新的分组抵达，则会出现分组丢失。

• 转发表和路由协议（路由器如何判断分组与相应链路的匹配？）

  转发表：每台路由器具有一个转发表，用于将分组中的目的地址映射为相应链路

  路由协议：路由协议用于解决配置转发表自动配置的问题。

电路交换

传统的电话网络就是电路交换网络的例子。即发送方和接收方会建立起一条连接，沿着该路径上的通信链路及交换机都将为维护该连接状态服务，即网络会为该连接状态预留恒定的传输速率，这部分资源在连接中是会一直被占用的。比如去饭店提前预订和现场去排队的区别。

• 电路交换网络中的复用

  链路中的电路通过频分复用或者时分复用来实现一条电路传输多个信号。

  对于频分复用而言，链路的频谱由跨越链路创建的所有连接共享。特别是在连接期间链路为每一条连接专用一个频段。该频段的宽度被称为带宽。

  对于时分复用而言，时间被划分成 固定期间的帧，并且每个帧又被划分为固定数量的时隙。当网络跨越一条链路创建一条连接时，网络在每个帧中为该链接指定一个 时隙 。这些时隙为该连接单独使用。一个时隙（在每个帧内）可以用于传输该连接的数据。

• 分组交换 与 电路交换

  很显然，分组交换在资源灵活性上面优于电路交换，同样现在的因特网也基本上采取的就是分组交换网络。

网络的网络（ISP 自身如何 进行互联）

• 网络结构1

  用单一的全球传输 ISP 互联所有接入 ISP，即全世界要想接入因特网就必须 通过 这个 全球传输 ISP。即此时客户为接入ISP，供应商为 全球传输ISP。但显然这样不科学，因为形成了垄断，所以其他国家也会开始建立起自己的全球传输ISP——网路结构2。

• 网络结构2

  网络结构2 由若干个接入ISP和多个全球传输ISP组成。这样接入ISP 便有了选择权。但是要注意，全球传输ISP之间也必须互联，不然不同全球传输ISP的接入ISP之间是无法通信的。（墙。。。）但这样实现的物理成本太高，因此继续划分，在某个区域上加上一个区域ISP。全球传输ISP位于第一层次，每个区域ISP与各自第一层次的全球传输ISP互连。至此就形成了网络结构3

• 网络结构3

  网络结构3 是多层次等级结构的网络

但这个网络结构仅仅是与今天因特网的粗略近似。

• 网络结构4

  网络结构4 在网络结构3 的基础上添加了 存在点（Point of Presence,POP）、多宿、对等和因特网交换点

  • PoP

    PoP 存在于 等级结构的所有层次，但底层（接入ISP）除外。一个 PoP 只是提供商网络中的一台或者多台路由器群组，其中客户 ISP 能够与 提供商 ISP 连接。对于要与 提供商 PoP 连接的客户网络，它能够从第三方电信提供商租用高速链路将它的路由器之一直接连接到位于该PoP的一台路由器连接。

  • 多宿

    任何ISP可以选择多宿，第一层除外。即两个或者多个提供商ISP连接。

  • 对等

    位于相同等级结构层次的邻近一对 ISP 能够对等，即能够直接将网络连接到一起，使他们之间的所有流量经直接连接而不是通过上游的中间ISP传递。。

  • 因特网交换点（Internet Exchange Point IXP)

    IXP 是一个汇合点，多个ISP能够在这里进行对等。

• 网络结构5

  在网络结构4顶部增加了内容提供商网络，例如谷歌数据中心，谷歌数据中心经过专用的 TCP/IP 互联，该网络跨越全球，不过独立于因特网，谷歌网络仅承载谷歌服务器的流量，与此减少网络成本。

分组交换网中的时延、丢包和吞吐量

时延概述

• 处理时延

  检查分组首部和决定将该分组导向何处所需要的时间是处理时延的主要部分。（微妙或者更低的数量级）

• 排队时延（毫秒到微秒量级）

• 传输时延

  将所有比特推向链路所需要的时间。毫秒到微秒量级

• 传播时延

  在链路上传输的时间。毫秒量级

排队时延和丢包

排队时延主要取决于流量到达该队列的速率、链路的传输速率和到达流量的性质（周期性 or 突发性）。

端到端时延

端到端时延 = 总处理时延 + 总传输时延 + 总传播时延

吞吐量

除了时延和丢包，计算机网路中另外一个至关重要的性能测度是端到端吞吐量。吞吐量就是瓶颈链路的传输速率，即是在整个传输过程中的最小传输速率。目前对吞吐量的限制因素通常是接入网。

协议层次以及服务模型

分层的体系结构

• 协议分层
  • 应用层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层
• OSI模型
  • 应用层
  • 表示层
  • 会话层
  • 传输层
  • 网络层
  • 数据链路层
  • 物理层

封装

面对攻击的网络

经互联网将有害程序放入计算机

• 僵尸网络
• 病毒
• 蠕虫

攻击服务器和网络基础设施

• Dos攻击（Denial-of- Service ，拒绝服务攻击 )

嗅探分组

• 分组嗅探器

伪装身份

• IP 哄骗

计算机网络和因特网的历史

分组交换的发展 （１９６１～１９７２）

• 分组交换技术
• NCP网络控制协议（第一台主机到主机协议）

专用网络和网络互联（１９７２～１９８０）

• TCP、UDP、IP协议

网络的激增（１９８０～１９９０）

• TCP/IP 的崛起

因特网爆炸（２０世纪９０年代）

• 电子邮件
• Web
• 即时讯息
• MP3的对等文件共享