電腦網路和網際網路

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什麼是網際網路

傳統的網際網路端和非傳統的網際網路端，所有這些裝置都稱為主機或端系統。端系統通過通訊鏈路(communication link)和封包交換機(packet switch)串連到一起。

當一台端系統有資料向另一台端系統發射時，發送端系統將資料分段，並為每段加上首部位元組，由此形成的資訊包稱為分組(packet)。

封包交換機從它的一條入通訊鏈路接收到達的分組，並從它的一條出通訊鏈路轉寄該分組，最著名的類型是路由器和鏈路層交換器。

路徑(route和path)：從發送端系統到接收端系統，一個分組所經曆的一系列通訊鏈路和封包交換機稱為通過該網路的路徑(route和path)。

ISP:端系統通過網際網路服務提供者(Internet Service Provider, ISP)接入網際網路。ISP也對內容提供者提供網際網路接入服務，將Web網站直接接入網際網路。

協議：一個協議定義了在兩個或多個通訊實體之間交換的報文格式和次序，以及在報文傳輸和/或接受或其他事件方面所採取的動作。

網路邊緣

端系統：與網際網路相連的電腦等裝置。因為他們位於網際網路的邊緣。端系統也稱為主機，它們運行Web瀏覽器、Web伺服器程式等應用程式。

主機又分為客戶機(client)和伺服器(server)。

客戶機程式(client program)：運行在一個端系統上的程式，它發出請求，並從運行在另一個端系統上的伺服器程式(server program)接收服務。

接入網(access network)：將端系統連結到其邊緣路由器(edge router)的物理鏈路。邊緣路由器是端系統到任何其它遠程端系統的路徑上的第一台路由器。

• 住宅接入(residential access)：將家庭端系統與網路相連。
• 公司接入(company access)：將商業或教育機構中的端系統與網路相連。
• 無線接入(wireless access)：將移動端系統與網路相連。

網路核心

通過網路鏈路和交換器移動資料有兩種基本方法：電路交換(circuit switching)和封包交換(packet switching)。

電路交換：

在電路交換網路中，沿著端系統通訊路徑，為端系統之間通訊所提供的資源在通訊會話期間會被預留。在封包交換網路中，這些資源不被預留。

鏈路中的電路通過頻分多工(FDM)或時分多工(TDM)實現。

對於FDM，鏈路的頻譜由跨越鏈路建立的所有串連所共用。

對於一條TDM鏈路，時間被劃分為固定區間的幀，並且每幀又被劃分為固定數量的時隙。當網路跨越一條鏈路建立一條串連時，該網路在每個幀中為該串連指定一個時隙。這些時隙專門由該串連單獨使用，一個時隙可用於傳輸該串連在每個幀內的資料。

電路交換效率較低，因為在靜默期(silent period)專用電路空閑。

封包交換：

各種應用程式在完成任務時要交換報文(message)。源主機將長報文劃分為較小的資料區塊，並稱之為分組(packet)。在源和目的地之間，這些分組中的每個都通過通訊鏈路和封包交換機傳送。

在鏈路的輸入端使用儲存轉寄傳輸機制。在交換器能夠開始想輸出鏈路傳輸該分組的第一個位元之前，必須接受到整個分組。

一台主機經封包交換機網路向另一台主機發送一個L位元分組需要多長時間？設兩台主機之間有Q段鏈路，每段鏈路的頻率為R bps。假定這是網路中的唯一分組。總時延為QL/R。

封包交換提供了比電路交換更好的頻寬共用。比電路交換更簡單、更有效，實現成本更低。

按需而不是預分配共用資源有時被稱為資源的統計多工。

第一層ISP也被稱為網際網路主幹(Internet backbone)網路。第二層ISP具有地區性或國家性覆蓋規模，並且非常重要的僅與少數第一層ISP相串連。第二層ISP被稱為它所串連的第一層ISP的客戶，第一層ISP相對該客戶而言是供應商。 

封包交換網中的時延、丟包和輸送量

時延中最重要的是節點處理時延、排隊時延、傳輸實驗、傳播時延，累加起來是節點總時延。

處理時延：檢查分組首部和決定將該分組導向何處所需要的時間。

排隊時延：在隊列中，當分組在鏈路上等待傳輸時，它經受排隊時延。

傳輸時延：L/R。

傳播時延：從該鏈路的起點到路由器傳播所需要的時間是傳播時延，取決於鏈路的物理媒體，接近光速。

瞬時輸送量：主機接收到該檔案的速率以bps計。如果該檔案由F位元組成，而主機B接收到所有F位元用了T秒，則檔案傳送的平均輸送量是F/T bps。

瓶頸鏈路的傳輸速率：min{Rc,Rs}。Rs表示伺服器與路由器之間的鏈路速率。Rc表示路由器與客戶級之間的鏈路速率。

協議層次和它們的服務模型

分層體繫結構，只該層對其上面的層提供相同的服務，並且使用來自下面層次的相同服務，當某層的實現變化時，該系統的其餘部分就可以保持不變。

網路設計者以分層方式組織協議以及實現這些協議的網路硬體和軟體。各層的所有協議被稱為協議棧。

五層網際網路協議棧：應用程式層、運輸層、網路層、鏈路層、物理層。

七層ISO OSI參考模型：應用程式層、展示層、會話層、運輸層、網路層、鏈路層、物理層。

 

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