1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)-創(chuàng)新互聯(lián)

1. 什么是Internet

回答這個(gè)問題有兩種種方式：其一，我們能夠描述因特網(wǎng)的具體構(gòu)成，即構(gòu)成因特網(wǎng)的基本硬件和軟件組件；其二，我們能夠根據(jù)為分布式應(yīng)用提供服務(wù)的聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施來描述因特網(wǎng)。

十多年的樺川網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)設(shè)計(jì)、前端、開發(fā)、售后、文案、推廣等六對(duì)一服務(wù)，響應(yīng)快，48小時(shí)及時(shí)工作處理。全網(wǎng)整合營(yíng)銷推廣的優(yōu)勢(shì)是能夠根據(jù)用戶設(shè)備顯示端的尺寸不同，自動(dòng)調(diào)整樺川建站的顯示方式，使網(wǎng)站能夠適用不同顯示終端，在瀏覽器中調(diào)整網(wǎng)站的寬度，無論在任何一種瀏覽器上瀏覽網(wǎng)站，都能展現(xiàn)優(yōu)雅布局與設(shè)計(jì)，從而大程度地提升瀏覽體驗(yàn)。創(chuàng)新互聯(lián)建站從事“樺川網(wǎng)站設(shè)計(jì)”,“樺川網(wǎng)站推廣”以來，每個(gè)客戶項(xiàng)目都認(rèn)真落實(shí)執(zhí)行。1.1 具體構(gòu)成

聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)、手機(jī)，包括一系列家用電器，這些設(shè)備都稱為主機(jī)（host）或端系統(tǒng)（end system）。端系統(tǒng)通過通信鏈路（communication link）和分組交換機(jī)（packet switch）連接到一起。

不同鏈路的傳輸速率不同，用比特/秒來衡量。即bit/s或者bps。

當(dāng)一臺(tái)端系統(tǒng)要向另一臺(tái)端系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端系統(tǒng)將數(shù)據(jù)分段，并為每段加上首部字節(jié)。由此形成的信息包用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的術(shù)語來說稱為分組（packet）。分組=用戶數(shù)據(jù)+必要信息，鏈路系統(tǒng)就是用來傳輸分組的。從發(fā)送端系統(tǒng)到接收端系統(tǒng)，一個(gè)分組所經(jīng)歷的一系列通信鏈路和分組交換機(jī)稱為通 過該網(wǎng)絡(luò)的路徑。

分組交換機(jī)從它的一條入通信鏈路接收到達(dá)的分組，并從它的一條出通信鏈路轉(zhuǎn)發(fā)該分組，常用的是路由器（router）和鏈路層交換機(jī)（link-layer switch）.兩者的的不同之處在于，鏈路層交換機(jī)主要用在接入網(wǎng)中，路由器主要用在網(wǎng)絡(luò)核心.

端系統(tǒng)通過因特網(wǎng)服務(wù)提供商（Internet Service Provider， ISP）接入因特網(wǎng)。每個(gè)ISP自身就是一個(gè)由多臺(tái)分組交換機(jī)和多段通信鏈路組成的網(wǎng)絡(luò)。

端系統(tǒng)、分組交換機(jī)和其他因特網(wǎng)部件都要運(yùn)行一系列協(xié)議（protocol），TCP （Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）和IP（Internet Protocol，網(wǎng)際協(xié)議）是因特網(wǎng)中兩個(gè)最為重要的協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)(network)由若干結(jié)點(diǎn)(node)和連接這些結(jié)點(diǎn)的鏈路(link)組成。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)可以是計(jì)算機(jī)、集線器、交換機(jī)或路由器等。如圖(a)所示。

網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)還可以通過路由器互連起來，這樣就構(gòu)成了一個(gè)覆蓋范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，即互聯(lián)網(wǎng)。如圖(b)所示。

因特網(wǎng)(Internet)是世界上大的互連網(wǎng)絡(luò)（用戶數(shù)以億計(jì)，互連的網(wǎng)絡(luò)數(shù)以百萬計(jì)）。習(xí)慣上，大家把連接在因特網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)都稱為主機(jī)(host)。

1.2 服務(wù)描述

因特網(wǎng)包括電子郵件和Web沖浪等傳統(tǒng)應(yīng)用，也包括多人游戲、視頻會(huì)議等基應(yīng)用程序，因?yàn)檫@些應(yīng)用程序設(shè)計(jì)多個(gè)交換數(shù)據(jù)的端系統(tǒng)，故他們被稱為分布式應(yīng)用程序（distributed application）。

與因特網(wǎng)相連的端系統(tǒng)提供了一個(gè)套接字接口( socket interface)，該接口規(guī)定了運(yùn)行在一個(gè)端系統(tǒng)上的程序請(qǐng)求因特網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施向運(yùn)行在另一個(gè)端系統(tǒng)上的特定目的地程序交付數(shù)據(jù)的方式。

1.3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

在因特網(wǎng)中，涉及兩個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程通信實(shí)體的所有活動(dòng)都受協(xié)議的制約。

協(xié)議就是如何使用必要數(shù)據(jù)理解用戶數(shù)據(jù)的方法或者規(guī)則；分組接收者接收到分組并按照協(xié)議獲得了用戶數(shù)據(jù)后，還應(yīng)該對(duì)此消息做出反應(yīng)，而如何做出反應(yīng)也是協(xié)議規(guī)范的一部分（不反應(yīng)也是一種反應(yīng)）

協(xié)議（protocol）定義了在兩個(gè)或多個(gè)通信實(shí)體之間交換的報(bào)文的格式和順序，以及報(bào)文發(fā)送和/或接收一條報(bào)文或其他事件所采取的動(dòng)作。

2. 網(wǎng)絡(luò)邊緣

邊緣部分由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成。這部分是用戶直接使用的，用來進(jìn)行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。

端系統(tǒng)：處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機(jī)，即端系統(tǒng)。端系統(tǒng)有時(shí)又被進(jìn)一步分類：客戶（client）和服務(wù)器（server）。

2.1 接入網(wǎng)

接入網(wǎng)，是指將端系統(tǒng)物理連接到其邊緣路由器（edge router）的網(wǎng)絡(luò)。邊緣路由器是端系統(tǒng)到任何其他遠(yuǎn)程端系統(tǒng)的路徑上的第一臺(tái)路由器。

（1）家庭接入

寬帶住宅接入有兩種比較流行的類型：數(shù)字用戶線（Digital Subscriber Line， DSL）和電纜。用戶的本地電話公司是它的ISP。

其使用的通信鏈路的物理材質(zhì)為電話線，是一種雙絞線。

用戶使用DSL調(diào)制解調(diào)器通過電話線與ISP中的數(shù)字用戶線接入復(fù)用器（DSLAM）來交換數(shù)據(jù)；家庭DSL調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為高頻音后通過電話線傳輸?shù)絀SP中心，并且通過DSL解調(diào)器將DSLAM發(fā)送過來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)；

電纜因特網(wǎng)接入（cable Internet access）利用了有線電視公司現(xiàn)有的有線電視基礎(chǔ)設(shè)施。住宅從提供有線電視的公司獲得了電纜因特網(wǎng)接入。它的ISP是有線電視公司。

用戶使用電纜調(diào)制解調(diào)器通過同軸電纜與光纖結(jié)點(diǎn)相連，光纖結(jié)點(diǎn)通過光纜與電纜頭端相連，而電纜頭端接入了因特網(wǎng)。在電纜頭端，電纜調(diào)制解調(diào)器端接系統(tǒng)（Cable Modem Termination System）起到DSLAM的作用，即實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

（2）企業(yè)接入

在公司和大學(xué)以及越來越多的家庭環(huán)境中，使用局域網(wǎng)（LAN）將端系統(tǒng)連接到邊緣路由器。其中，以太網(wǎng)是最為流行的技術(shù)。以太網(wǎng)用戶使用雙絞銅線與一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)相連。使用以太網(wǎng)接入，用戶通常以100Mbps或 lGbps速率接入以太網(wǎng)交換機(jī)，而服務(wù)器可能具有1Gbps甚至10Gbps的接入速率。

在無線LAN環(huán)境中，無線用戶從/到一個(gè)接入點(diǎn)發(fā)送/接收分組，該接入點(diǎn)與企業(yè)網(wǎng)連接（很可能使用了有線以太網(wǎng)），企業(yè)網(wǎng)再與有線因特網(wǎng)相連。一個(gè)無線LAN用戶通常必須位于接入點(diǎn)的幾十米范圍內(nèi)?；贗EEE 802. 11技術(shù)的無線LAN接入，更通俗地稱為WiFi。

（3）廣域無線接入

在移動(dòng)設(shè)備中，通過蜂窩網(wǎng)提供商運(yùn)營(yíng)的基站來發(fā)送和接收分組，與WIFI不同的是，用戶僅需要位于基站的數(shù)萬米范圍之內(nèi)即可。

2.2 物理媒體

一個(gè)比特從一個(gè)端系統(tǒng)開始傳輸，通過一系列鏈路和路由器，到達(dá)另一個(gè)端系統(tǒng)。這個(gè)比特當(dāng)從源到目的地傳輸時(shí)，通過一系列“發(fā)射器-接收器”對(duì)。對(duì)于每個(gè)發(fā)射器-接收器對(duì)， 通過跨越一種物理媒體 (physical medium) 傳播電磁波或光脈沖來發(fā)送該比特。

（1）雙絞銅線

最便宜最常用。從電話機(jī)到本地交換機(jī)的連線超過99%使用，DSL和以太網(wǎng)也使用它。雙絞線數(shù)據(jù)傳輸速率在10Mbps到10Gbps之間，具體數(shù)據(jù)傳輸速率取決于線的粗細(xì)以及傳輸距離；雙絞線實(shí)際上已經(jīng)成為高速局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的主要方式；因?yàn)楝F(xiàn)代的雙絞線技術(shù)速率和傳輸距離都是很不錯(cuò)的。

雙絞線由兩根絕緣的銅線組成，每根大約lmm粗，以規(guī)則的螺旋狀排列著。這兩根線被絞合起來，以減少鄰近類似的雙絞線的電氣干擾。通常許多雙絞線捆扎在一起形成一根電纜，并在這些雙絞線外面覆蓋上保護(hù)性防護(hù)層。一對(duì)電線構(gòu)成了一個(gè)通信鏈路。

（2）同軸電纜

同軸電纜由兩個(gè)銅導(dǎo)體組成，但是這兩個(gè)導(dǎo)體是同心的而不是并行的。同軸電纜在電纜電視系統(tǒng)中相當(dāng)普遍。電纜電視系統(tǒng)最近與電纜調(diào)制解調(diào)器結(jié)合起來，為住宅用戶提供數(shù)十Mbps速率的因特網(wǎng)接入。

（3）光纖

光纖是一種細(xì)而柔軟的、能夠?qū)б饷}沖的媒體，每個(gè)脈沖表示一個(gè)比特。一根光纖能夠支持極高的比特速率，高達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百Gbpso它們不受電磁干擾，長(zhǎng)達(dá)100km的光纜信號(hào)衰減極低，并且很難竊聽。

（4）陸地?zé)o線電信道

無線電信道承載電磁頻譜中的信號(hào)。它不需要安裝物理線路，并具有穿透墻壁、提供與移動(dòng)用戶的連接以及長(zhǎng)距離承載信號(hào)的能力，因而成為一種有吸引力的媒體。

（5）衛(wèi)星無線電信道

一顆通信衛(wèi)星連接地球上的兩個(gè)或多個(gè)微波發(fā)射器/接收器，它們被稱為地面站。該衛(wèi)星在一個(gè)頻段上接收傳輸，使用一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器再生信號(hào)，并在另一個(gè)頻率上發(fā)射信號(hào)。通信中常使用兩類衛(wèi)星：同步衛(wèi)星和近地軌道。

2.3 通信方式

在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻?服務(wù)器方式（C/S方式）和對(duì)等方式（P2P方式）

（1）客戶-服務(wù)機(jī)模式

在因特網(wǎng)上是最常用，傳統(tǒng)方式。包括發(fā)送郵件、查找資料。

采用客戶-服務(wù)器方式可以使兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程能夠進(jìn)行通信?？蛻?client)和服務(wù)器(server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程?？蛻?服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。

（2）對(duì)等連接方式

對(duì)等連接(peer-to-peer，簡(jiǎn)寫為P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信。這種工作方式也稱為P2P文件共享。

對(duì)等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶-服務(wù)器方式，只是對(duì)等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶又同時(shí)是服務(wù)器。

3. 網(wǎng)絡(luò)核心

網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的核心部分要向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機(jī)提供連通性，使邊緣部分中的任何一臺(tái)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信。通過網(wǎng)絡(luò)鏈路和交換機(jī)移動(dòng)數(shù)據(jù)有兩種基本方法：電路交換和分組交換。

3.1 分組交換

在各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，端系統(tǒng)彼此交換報(bào)文。傳輸過程中，長(zhǎng)報(bào)文被劃分成較小數(shù)據(jù)塊，稱為分組。在源和目的地之間，每個(gè)分組都通過通信鏈路和分組交換機(jī)傳送，交換機(jī)主要有兩類：路由器和鏈路層交換機(jī)。

如果某源端系統(tǒng)或分組交換機(jī)經(jīng)過一條鏈路發(fā)送一個(gè)L比特的分組，鏈路的傳輸速率為R比特/秒，則傳輸該分組的時(shí)間為L/R秒。

（1）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸

多數(shù)分組交換機(jī)在鏈路的輸入端使用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸機(jī)制。指交換機(jī)能夠開始向輸出鏈路傳輸該分組的第一個(gè)比特前，必須接收到整個(gè)分組。

根據(jù)該機(jī)制，從源發(fā)送分組，到目的地接受到分組，完整的時(shí)間應(yīng)該是2L/R。而當(dāng)經(jīng)過N條速率為R的鏈路組成的路徑，完整過程需要時(shí)間，即端時(shí)延為：
d 端 到 端 = N L R d_{端到端} = N\frac{L}{R} d端到端?=NRL?
（2）排隊(duì)時(shí)延和分組丟失

每臺(tái)分組交換機(jī)有多條鏈路與之相連，對(duì)于每條鏈路有一個(gè)輸出緩存，也稱為輸出隊(duì)列，用于存儲(chǔ)路由器準(zhǔn)備發(fā)生的那條鏈路的分組，即緩存作用。該輸出緩存在分組交換中起著重要作用。

如果到達(dá)分組需要傳輸?shù)侥硹l鏈路，但發(fā)現(xiàn)鏈路正忙于其他分組，前者必須要在輸出緩存中等待，這部分時(shí)間稱為輸出緩存的排隊(duì)時(shí)延。

如果分組到達(dá)時(shí)，該緩存剩余空間不足，則會(huì)出現(xiàn)分組丟失（丟包），到達(dá)的分組或已經(jīng)排隊(duì)的分組之一將被丟棄。

（3）轉(zhuǎn)發(fā)表和路由選擇協(xié)議

在路由器中，每個(gè)端系統(tǒng)具有一個(gè)稱為IP地址的地址。

每臺(tái)路由器具有一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表，用于將目的地址（或目的地址的一部分）映射成為輸出鏈路，當(dāng)某個(gè)分組到達(dá)一臺(tái)路由器時(shí)，路由器檢查該地址，并用這個(gè)目的地址搜索其轉(zhuǎn)發(fā)表。

因特網(wǎng)具有一些特殊的路由選擇協(xié)議，用于自動(dòng)地設(shè)置這些轉(zhuǎn)發(fā)表。

3.2 電路交換

在電路交換網(wǎng)絡(luò)中，在端系統(tǒng)間通信會(huì)話期間，預(yù)留了端系統(tǒng)間沿路徑通信所需要的資源（緩存，鏈路傳輸速率）。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建這種電路時(shí)，它也在連接期間在該網(wǎng)絡(luò)鏈路上預(yù)留了恒定的傳輸速率（表示為每條鏈路傳輸容量的一部分）。既然已經(jīng)為該發(fā)送方-接收方連接預(yù)留了帶寬，則發(fā)送方能夠以確保的恒定速率向接收方傳送數(shù)據(jù)。

下圖的電路網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于由端到端連接所使用的每條鏈路而言，該連接在連接期間獲得鏈路總傳輸容量的1/4。例如， 如果兩臺(tái)鄰近交換機(jī)之間每條鏈路具有1Mbps傳輸速率，則每個(gè)端到端電路交換連接獲得250kbps專用的傳輸速率。

鏈路中的電路是通過頻分復(fù)用（FDM）或時(shí)分復(fù)用（TDM）來實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于FDM，鏈路的頻譜由跨越鏈路創(chuàng)建的所有連接共享。將頻率域劃分為頻段，然后將頻段分配給連接；此頻段被用來專門傳輸鏈接的數(shù)據(jù)。該頻段的寬度成為帶寬。

時(shí)分復(fù)用（Time-Division Multiplexing TDM）：是指將時(shí)間劃分為固定區(qū)間的幀，每個(gè)幀則又被劃分為固定數(shù)量的時(shí)間空隙。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)跨越一條鏈路創(chuàng)建一條連接時(shí)，網(wǎng)絡(luò)在每個(gè)幀中為該連接指定一個(gè)時(shí)隙。這些時(shí)隙專門由該連接單獨(dú)使用，一個(gè)時(shí)隙（在每個(gè)幀內(nèi)）可用于傳輸該連接的數(shù)據(jù)。

3.3 分組交換VS電路交換

（1）分組交換

• 分組交換不適合實(shí)時(shí)服務(wù)；
• 分組交換提供了比電路交換更好的帶寬共享；
• 比電路交換更簡(jiǎn)單、更有效，實(shí)現(xiàn)成本更低。

（2）電路交換

• 提供了端對(duì)端傳輸數(shù)據(jù)的速率保證
• 電路交換存在靜默期，這是指專用電路空閑時(shí)，其占用的資源并沒有得到充分的利用；
• 建立連接的過程比較復(fù)雜；

總體上來說，分組交換的性能要好于電路交換的性能，但是不同類型的分組交換方式有不同的應(yīng)用場(chǎng)景；比如一些對(duì)最低速率有著嚴(yán)格要求的應(yīng)用，比如實(shí)時(shí)服務(wù)等，為了獲得速率保證，犧牲網(wǎng)絡(luò)的效率也是可以接受的。趨勢(shì)向著分組交換發(fā)展。

3.4 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

? ISP：因特網(wǎng)服務(wù)提供者，Intenet Service Provider。在許多情況下，因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP就是一個(gè)進(jìn)行商業(yè)活動(dòng)的公司，因此ISP又常譯為因特網(wǎng)服務(wù)提供商。例如，中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)就是我國(guó)最有名的ISP。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1：存在唯一的全球承載ISP互聯(lián)所有的接入ISP，這是指，全球ISP是一個(gè)又路由器和通信鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)跨越全球，并且其他的接入ISP都至少和一個(gè)它的路由器相連。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2：由數(shù)十萬個(gè)接入ISP和多個(gè)全球傳輸ISP組成。為了實(shí)現(xiàn)端系統(tǒng)的互聯(lián)，這多個(gè)全球傳輸ISP也必須互聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個(gè)兩層結(jié)構(gòu)，其中全球承載ISP位于頂層，接入ISP處于底層。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3：頂層全球承載ISP基本上已經(jīng)定型，但是接入ISP現(xiàn)在還很混亂，比如，它們直接同頂層ISP相連；而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3中，接入ISP也是分層的：較小區(qū)域中的ISP連入較大區(qū)域的ISP，而不是直接與頂層ISP相連。類似于縣市省的架構(gòu)，能很好地提高通信速度。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4：是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)3的基礎(chǔ)上，增加了以下特點(diǎn)而形成的結(jié)構(gòu)：存在點(diǎn)（Point of Presence，PoP）、多宿、對(duì)等、因特網(wǎng)交換點(diǎn)（Internet exchange point，IXP）。PoP存在于等級(jí)結(jié)構(gòu)的所有層次，但底層(接入ISP)等級(jí)除外。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)5是在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4的基礎(chǔ)上增加了內(nèi)容提供商網(wǎng)絡(luò)而構(gòu)成。內(nèi)容提供商構(gòu)建自己的網(wǎng)絡(luò)，并且通過與較低層ISP對(duì)等而“繞過”較高層因特網(wǎng)ISP，而且內(nèi)容提供商對(duì)端用戶也有了更多的控制。

總體來說，今天的因特網(wǎng)是一個(gè)“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由十多個(gè)頂層ISP和數(shù)十萬個(gè)較低層ISP構(gòu)成。近年來，主要的內(nèi)容提供商創(chuàng)建自己的網(wǎng)絡(luò)，直接在可能的地方與較低層ISP互聯(lián)

4. 分組交換中的時(shí)延、丟包、吞吐量

因特網(wǎng)能夠看成是一種運(yùn)行在端系統(tǒng)上的分布式應(yīng)用提供服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)必定要要限制在端系統(tǒng)之間的吞吐量，故在端系統(tǒng)之間引入時(shí)延，而且在實(shí)際上也會(huì)丟失分組。

4.1 時(shí)延概述

一個(gè)分組在沿途每個(gè)節(jié)點(diǎn)承受不同類型的時(shí)延，這些時(shí)延中最為重要的是：結(jié)點(diǎn)處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延，這些時(shí)延總體累加起來是結(jié)點(diǎn)總時(shí)延。

（1）處理時(shí)延：檢查分組首部和決定將該分組導(dǎo)向何處所需要的時(shí)間是處理時(shí)延的一部分。也包括檢查比特級(jí)別的差錯(cuò)所需要的時(shí)間。

（2）排隊(duì)時(shí)延：當(dāng)分組在鏈路上等待傳輸時(shí)，它經(jīng)受排隊(duì)時(shí)延。

（3）傳輸時(shí)延：假定分組以先到先服務(wù)方式傳輸— 這在分組交換網(wǎng)中是常見的方式，僅當(dāng)所有已經(jīng)到達(dá)的分組被傳輸后，才能傳輸剛到達(dá)的分組。

（4）傳播時(shí)延：一旦一個(gè)比特被推向鏈路，該比特需要向路由器B傳播。從該鏈路的起點(diǎn)到路由器B傳播所需要的時(shí)間是傳播時(shí)延。

補(bǔ)充：傳輸時(shí)延是路由器推出分組所需要的時(shí)間，它是分組長(zhǎng)度和鏈路傳輸速率的函數(shù)，而與兩臺(tái)路由器之間的距離無關(guān)。另一方面，傳播時(shí)延是一個(gè)比特從一臺(tái)路由器傳播到另一臺(tái)路由器所需要的時(shí)間，它是兩臺(tái)路由器之間距離的函數(shù)，而與分組長(zhǎng)度或鏈路傳輸速率無關(guān)。

如果令 d p r o c d_{proc} dproc?、 d q u e u e d_{queue} dqueue?、 d t r a n s d_{trans} dtrans?和 d p r o p d_{prop} dprop?分別表示處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延， 則節(jié)點(diǎn)的總時(shí)延由下式給定：
d nodal? = d proc? + d queue? + d trans? + d prop? d_{\text {nodal }}=d_{\text {proc }}+d_{\text {queue }}+d_{\text {trans }}+d_{\text {prop }} dnodal??=dproc??+dqueue??+dtrans??+dprop??

4.2 排隊(duì)時(shí)延和丟包

當(dāng)表征排隊(duì)時(shí)延時(shí)，人們通常使用統(tǒng)計(jì)量來度量，如平均排隊(duì)時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延的方差和排隊(duì)時(shí)延超過某些特定值的概率。

令a表示分組到達(dá)隊(duì)列的平均速率（a的單位是分組/ 秒，即pkt/s）；前面講過R是傳輸速率，即從隊(duì)列中推出比特的速率（以bps即b/s為單位）。為了簡(jiǎn)單起見，也假定所有分組都是由L比特組成的。則比特到達(dá)隊(duì)列的平均速率是La bps。最后，假定該隊(duì)列非常大，因此它基本能容納無限數(shù)量的比特。比率LA/R稱為流量強(qiáng)度。

流量強(qiáng)度在估計(jì)排隊(duì)時(shí)延的范圍方面經(jīng)常起著重要的作用。如果流量強(qiáng)度大于1，則比特到達(dá)隊(duì)列的平均速率超過從該隊(duì)列傳輸岀去的速率，持續(xù)情況下則會(huì)出現(xiàn)發(fā)生丟包。一般情況下，流量強(qiáng)度越接近于1，平均排隊(duì)時(shí)延就越大。

4.3 端到端時(shí)延

假設(shè)在源主機(jī)和目的主機(jī)之間有N-1臺(tái)路由器，假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)此時(shí)是無擁塞的(因此排隊(duì)時(shí)延是微不足道的)，在每臺(tái)路由器和源主機(jī)上的處理時(shí)延是 d p r o c d_{proc} dproc?，每臺(tái)路由器和源主機(jī)的輸出速率是R bps，每條鏈路的傳播時(shí)延是 d p r o p d_{prop} dprop?。節(jié)點(diǎn)時(shí)延累加起來，得到端到端時(shí)延：
d end-end? = N ( d proc? + d trans? + d prop? ) d_{\text {end-end }}=N\left(d_{\text {proc }}+d_{\text {trans }}+d_{\text {prop }}\right) dend-end??=N(dproc??+dtrans??+dprop??)

4.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的吞吐量

考慮從主機(jī)A到主機(jī)B跨越計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送一個(gè)大文件，在任何時(shí)間瞬間的瞬時(shí)吞吐量（instantaneous throughput）是主機(jī)B接收到該文件的速率（以bps計(jì)）。

如果該文件由F比特組成，主機(jī)B接收到所有F比特用去T秒， 則文件傳送的平均吞吐量（average throughput.）是F/Tbps。

沒有其他干擾流量時(shí)，吞吐量可以近似為源和目的地之間路徑的最小傳輸速率。最小傳輸速率的鏈路為瓶頸鏈路。

在今天，因特網(wǎng)對(duì)吞吐率的限制因素通常是接入網(wǎng)。

5. 協(xié)議層次及其服務(wù)類型 5.1 分層體系結(jié)構(gòu)

為了給網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)提供一個(gè)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者以分層（layer）的方式組織協(xié)議以及實(shí)現(xiàn)這些協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件。每個(gè)協(xié)議屬于這些層次之一。每層通過在該層中執(zhí)行某些動(dòng) 作或使用直接下層的服務(wù)來提供服務(wù)。

只要對(duì)上提供的服務(wù)和對(duì)下利用的服務(wù)沒有變化，其層內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響；對(duì)于大而復(fù)雜且需要不斷更新的系統(tǒng)來說，改變服務(wù)的實(shí)現(xiàn)而不影響系統(tǒng)其他組件是分層模式的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)。

一個(gè)協(xié)議層能夠用軟件、硬件或兩者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。協(xié)議分層具有概念化和結(jié)構(gòu)化的優(yōu)點(diǎn)。分層的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是一層可能冗余較低層的功能。第二種潛在的缺點(diǎn)是某層的功能可能需要僅在其他某層才出現(xiàn)的信息（如時(shí)間戳值），這違反了層次分離的目標(biāo)。

5.1.1 協(xié)議分層

總體來說，將各層的所有協(xié)議組合起來，稱為協(xié)議棧。因特網(wǎng)的協(xié)議棧有5個(gè)層次組成：物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)成、傳輸層、應(yīng)用層。

（1）應(yīng)用層：應(yīng)用層是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序及它們的應(yīng)用層協(xié)議存留的地方。因特網(wǎng)的應(yīng)用層包括許多協(xié)議，例如HTTP、SMTP和FTP。將網(wǎng)站鏈接轉(zhuǎn)化為32比特的網(wǎng)絡(luò)地址，也是借助于特定的應(yīng)用層協(xié)議即域名系統(tǒng)DNS完成的。處于應(yīng)用層的分組稱為報(bào)文。

（2）運(yùn)輸層：因特網(wǎng)的運(yùn)輸層在應(yīng)用程序端點(diǎn)之間傳送應(yīng)用層報(bào)文，在因特網(wǎng)中有兩種運(yùn)輸協(xié)議——TCP和UDP。TCP向它的應(yīng)用程序提供了面向連接的服務(wù)，TCP提供確保傳遞、流量控制、擁塞控制機(jī)制。UDP提供無連接服務(wù)，即不提供不必要服務(wù)的服務(wù)。沒有可靠性、沒有流量和擁塞控制。處于運(yùn)輸層的分組稱為報(bào)文段。

（3）網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)報(bào)的網(wǎng)絡(luò)層分組從一臺(tái)主機(jī)移動(dòng)到另一臺(tái)主機(jī)。源主機(jī)通過運(yùn)輸層協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)層遞交運(yùn)輸層報(bào)文段和目的地址。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議包含著名的IP協(xié)議以及其他一些路由選擇協(xié)議。

（4）鏈路層：為了將分組從一個(gè)節(jié)點(diǎn)（主機(jī)或路由器）移動(dòng)到路徑上的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)層必須依靠該鏈路層的服務(wù)。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)層將數(shù)據(jù)報(bào)下傳給鏈路層，鏈路層沿著路徑將數(shù)據(jù)報(bào)傳遞給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在該下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，鏈路層將數(shù)據(jù)報(bào)上傳給網(wǎng)絡(luò)層。鏈路層分組稱為幀。

（5）物理層：鏈路層的任務(wù)是將整個(gè)幀從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)元素移動(dòng)到鄰近的網(wǎng)絡(luò)元素，而物理層的任務(wù)是將該幀中的一個(gè)個(gè)比特從一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。它提供了傳輸信息的實(shí)際物理通道。

5.1.2 OSI模型

OSI參考模型的7層是：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、運(yùn)輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層；其中5層的功能大致與它們名字類似的因特網(wǎng)對(duì)應(yīng)層的功能相同。

表示層的作用是使通信的應(yīng)用程序能夠及時(shí)交換數(shù)據(jù)的含義，這些服務(wù)包括數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)描述。會(huì)話層提供了數(shù)據(jù)交換的定界和同步功能，包括了建立檢查點(diǎn)和恢復(fù)方案的方法。

因特網(wǎng)缺少了在OSI參考模型中額外建立的兩個(gè)層次，這通常留給應(yīng)用程序開發(fā)者來處理。

5.2 封裝

一個(gè)分組，在不同的層次有不同的稱謂，是因?yàn)樗鼈兘?jīng)過每一層的時(shí)候就被該層封裝上了屬于該層的相關(guān)信息，也就是前面提到的必要信息；于是，每一分層的分組有兩種類型的字段：首部字段和有效負(fù)載；其中有效負(fù)載即為來自上一層的分組數(shù)據(jù)，而首部字段就是該層加上的必要信息；分組不斷被封裝以實(shí)現(xiàn)各層協(xié)議規(guī)定的相關(guān)功能。

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