概述
| 概念 | 定义 |
|---|---|
| 网络 | 节点和边之间的无向关系 |
| 计算机网络 | 联网的计算机构成的系统，包括主机节点（Web应用）和数据交换节点 （路由器） |
| 互联网 | 许多网络通过互联方式联系在一起。 |
互联网是设备和协议的集合体。
从“组成结构”看互联网：
| 组成结构 | 定义 |
|---|---|
| 网络边缘（Internet edge） | 包括客户端和服务器，接入网和物理介质 |
| 网络核心（Internet core） | 互相连接的路由器，也称作“网络之网络” |
从“提供服务”看互联网：
| 组成结构 | 定义 |
|---|---|
| 协议（protocol） | 定义了网络实体之间发送和接收消息的格式、顺序以及在消息传输、接收时采取的动作 |
| 标准（RFC） | 由IETF制定，定义消息的格式、信息发送的顺序等内容 |
网络边缘
主机
包括客户端和服务器，任务是发送数据包
数据包：将应用程序产生的消息分解成的较小的块称为数据包，长度通常记作 $L$，单位为比特。
记互联网的传输速率为 $R$（也称为链路容量或带宽，单位 $\text{bits/s}$），则可定义数据包传输延迟为将 $L$ 比特数据包传送到链路所需的时间
$$D = \frac{L}{R}$$接入网
接入网连接主机与边缘路由，包括以下几类：
| 类型 | 特点 |
|---|---|
| 线缆接入 | HFC（光纤/同轴电缆混合）连接到DSL。下行40Mbps |
| 数字接入 | 利用现有的有线电话线路连接到DSL。下行24 |
| 无线接入 | 无线局域网（WLAN），范围不超过一个建筑物，速率在450Mbps 蜂窝网络：由运营商提供，范围在10km数量级，速率在10Mbps |
物理介质
| 概念 | 含义 |
|---|---|
| 物理链路 | 数据发送和接收端之间的物理连接 |
| 导向性介质 | 信号在固体介质中传播，如铜、光纤、同轴电缆 |
| 非导向性介质 | 信号自由传播，如无线电磁波 |
常用的物理介质
| 介质 | 特点 |
|---|---|
| 双绞线（TP） | 由两根绝缘铜线组成，五类线可达100Mbps~1Gbps，六类线可达10Gbps |
| 同轴电缆 | 由两个同心铜导体组成，可双向传输，拥有多个通道，每个通道可达100Mbps |
| 光纤 | 由玻璃纤维组成，传递光信号，进行高速点对点传输，可达10~100Gbps，不受电磁干扰 |
| 电磁波 | 信号分布在电磁波的各个频段，受反射、遮挡、干扰的影响较大。常见的有WiFi、蜂窝网络、蓝牙、卫星信号等 |
网络核心
网络核心可以看作一系列互相连接的路由器，每个路由器都有多个输入端和输出端。网络核心不运行应用程序，只转发数据包。
网络核心的两大功能：
- 转发（交换）：将到达的数据包从路由器的输入链路移动到输出链路。
- 路由：规划数据包传输所需要经过的路径。
分组交换
基本原理：
- 主机将应用数据拆分成数据包。
- 数据包通过源到目标路径的一条链路，从一个路由器转发到下一个路由器。
- 每个数据包在链路上的传输互相独立。
- 存储转发：整个数据包必须完整到达路由器后才能转发到下一条链路上。
传输延迟：以 $R$ $\text{bps}$ 在链路上传输 $L$ $\text{bit}$ 需要时间 $\displaystyle \frac{L}{R}$ 秒，这段时间称为传输延迟。一般地，若端到端之间有 $n$ 条链路，每条链路的传输速率为 $R_{i}$ $\text{bps}$，则传输大小为 $L$ $\text{bit}$ 的数据包需要的总延迟为 $\displaystyle \sum_{i=1}^{n} \frac{L}{R_i}$ 秒
排队与丢包：如果一段时间内到达链路的速率超过链路的传输速率，则数据包将会在路由器上的缓冲区排队。若缓冲区已满，多余的数据包则可能被丢弃，称为丢包。
发生丢包时，丢失的数据包可能由上一个节点重传、由源重发或完全不进行响应。
排队与丢包
电路交换
为源到目的地的“呼叫”分配并预留端到端的资源，即为收发两端分配专用的、独占的资源。
电路交换常用于传统的电话中。通话时，两台电话之间分配了专用的通信资源，即使没有数据传输，在挂断之前资源不会被释放。
电路交换中，为了更好地利用资源，出现了FDM（频分）和TDM（时分）技术。
| 分组方式 | 内容 |
|---|---|
| FDM | 将电磁频率划分为多个窄频段，为每个呼叫分配专用频段，以该频段的最大速率传输 |
| TDM | 将时间划分为多个时段，为每个呼叫周期性地分配时段，在其所属时段以电磁波的最大速率传输 |
ISP与互联网
主机通过接入互联网服务提供商（ISP）连接到互联网，不同的ISP必须互相连接。由此形成复杂的网络结构。
ISP与互联网
网络协议
为什么采用分层结构？
- 有利于识别系统各组成部分及其相互关系。
- 分层结构有利于系统维护和更新。
| 协议栈 | 概念 |
|---|---|
| 应用层（application） | 支持网络应用 |
| 传输层（transport） | 进程间的数据传输 |
| 网络层（network） | 规划数据从源到目的地的路线 |
| 链路层（link） | 相邻网络结点之间的数据传输 |
| 物理层（physical） | 传输字节信息 |
网络评价指标
延迟
| 延迟来源 | 记号 | 内容 |
|---|---|---|
| 处理延迟 | $d_{\text{proc}}$ | 检查字节错误、确定输出链路带来的延迟 |
| 排队延迟 | $d_{\text{queue}}$ | 数据包在队列中等待传输带来的延迟 |
| 传输延迟 | $d_{\text{trans}}$ | 数据包转发带来的延迟，通常为 $\displaystyle \frac{L}{R}$ |
| 传播延迟 | $d_{\text{prop}}$ | 数据包在链路上传输带来的延迟，通常为 $\displaystyle \frac{d}{s}$ |
总延迟：$d_{\text{nobal}} = d_{\text{proc}} + d_{\text{queue}} + d_{\text{trans}} + d_{\text{prop}}$
吞吐量
发送端向接收端发送比特的速率，通常记作 $R$，单位为 $\text{bits/s}$
若发送端到接收端有多段链路，则称限制吞吐量的链路为瓶颈链路（即吞吐量最小的链路）。