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曜彤.手记

随记,关于互联网技术、产品与创业

吉 ICP 备10004938-2号

《计算机网络(第七版)》读书笔记(第 1-2 章)

旧书清理系列。这本书本科选修课学过,工作后也粗略看过。正好赶上 17 年的新版本发行,最后一遍就在这里整理一下吧。

第 1 章 - 概述

  1. (Page:1)三类网络:
  • 电信网络:向用户提供电话、电报及传真等服务;
  • 有线电视网络:向用户传送电视节目;
  • 计算机网络:使用户能够在计算机之间传递数据。

(目前的“三网”业务之间有一定的交集)

  1. (Page:5)internet 与 Internet:
  • internet(互连网):通用名词,泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络;
  • Internet(互联网):专有名词,指当前全球最大的、开放的特定互连网,它采用 TCP/IP 协议族作为通信规则,前身为美国的 ARPANET。
  1. (Page:6)多层次 ISP 互联:

  • IP 地址发放:IP 地址管理机构 -> ISP(拥有自己的通信线路)-> 个人。
  • ISP 类型
    • 主干 ISP:由几个专门的公司创建和维护,拥有高速主干网;
    • 地区 ISP:较小的 ISP,通过一个或多个主干 ISP 连接起来;
    • 本地 ISP:可以连接到本地 ISP,也可以直接连接到主干 ISP。主要给用户提供直接服务。
  • IXP(互联网交换点,Internet eXchange Point):可以更快地“转发分组”,更有效地利用网络资源。它允许两个网络直接相连并交换分组,而不需要第三个网络,通常采用工作在数据链路层的网络交换机实现。
  1. (Page:12)网络边缘端系统的通信方式
  • C/S:“客户-服务器”方式;
  • P2P:对等连接,两台主机在通信时不区分哪一个是服务请求方哪一个是提供方(本质仍是 C/S 模式,只是对等连接中每一台主机即是客户又同时是服务器)。
  1. (Page:12)互联网核心:

  • 电路交换建立连接 -> 通话 -> 释放连接;在通话的全部时间内,通话的双方始终占用端到端的通信资源;
  • 报文交换:整个报文先传送到相邻节点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个节点;
  • 分组交换:把一个报文划分为几个数据段后,在其前面加上一些由必要控制信息组成的“首部(存有目的地址、源地址以及控制信息)”后,就形成了“分组”。分组由“路由器”在整个网络中从源到目的进行转发。

- 分组交换的优点

- 分组交换的问题

  • 分组在各路由器存储转发时需要排队,会引起一定的“时延”;
  • 无法保证通信时端到端所需的带宽;
  • 分组必须携带的控制信息可能成为一定的开销。
  1. (Page:20)几种不同类别的计算机网络:
  • 广域网 WAN:作用范围通常为几十到几千公里
  • 城域网 MAN:作用范围一般为一个城市
  • 局域网 LAN:作用范围通常为一公里左右;
  • 个人区域网 PAN:作用范围通常为十米左右;
  1. (Page:21)计算机网络性能指标
  • 速率:bit/s(比特每秒,b/s、bps);
    • “15 GB 的数据块以 10 G 的速率传送”:表明有 15 x 2^30 x 8 比特的数据块以 10 x 10^9 bit/s 的速率传送。
  • 带宽:表示单位时间内传送数据的能力。频域:信号具有的频带宽度,即该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围,单位为“赫”;时域:单位时间内网络中某信道所能通过的“最高数据率”,单位为 “bit/s”;
  • 吞吐量:单位时间内通过某个网络的实际数据率;
  • 时延:数据从网络的一端传送到另一端所需的时间(总时延为下述四类时延之和);
    • 发送时延:主机或路由器发送数据帧所需时间;
    • 传播时延:电磁波在信道中传播一定距离所需时间(1000 公里长的光纤线路产生的传播时延大约为 5ms);
    • 处理时延:主机或路由器在收到分组后处理(分析分组首部、提取数据、进行差错校验、查找路由等)所需时间;
    • 排队时延:分组在各个路由器输入队列中排队等待所需时间。

- 各类“时延”:

(对于高速网络链路,提高的仅是数据的发送速率而非比特在链路上的传播速率)

  • 时延带宽积:传播时延 x 带宽(表示某一段线路可容纳的比特数,即:以“比特”为单位的链路长度);
  • 往返时间 RTT(Round-Trip Time):两个节点双向交互一次所需时间;
  • 利用率:信道或网络(全网信道利用率的加权平均)利用率过高会产生非常大的时延,一般拥有较大主干网的 ISP 在其信道利用率超过 50% 时就会准备扩容,以增大线路带宽。
  1. (Page:27)计算机网络体系结构:计算机网络的各层及其协议的集合
  • 网络协议:为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。其主要由三个要素组成:
    • 语法:数据与控制信息的结构或格式;
    • 语义:需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种相应;
    • 同步:事件实现顺序的详细说明。
  • 分层的好处:
    • 各层保持独立:下层只向上层提供稳定的接口即可;
    • 高灵活性:任一层可以独立变化和设计,只要保证层间接口关系不变即可;
    • 结构上可分割:各层可采用最合适的技术实现;
    • 易于实现和维护:整个系统被分解为几个相对独立的“子系统”;
    • 可促进标准化工作:每一层所提供的服务都可以被精确描述。

- 计算机网络分层:

  • “五层”网络体系结构(为介绍原理而设计):
    • 应用层:通过应用进程间的交互来完成特定网络应用,该层协议定义的是“应用进程间通信和交互的规则”。应用层交互的数据单元称为“报文”;
    • 运输层:负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务;
      • 传输控制协议(TCP):提供面向连接的、可靠的数据传输服务,传输单位为“报文段”;
      • 用户数据报协议(UDP):提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务,传输单位为“用户数据报”。
    • 网络层:为分组交换网上的不同主机提供通信服务。其任务主要为:(1) 将上层的报文封装为分组(IP 数据报);(2) 选择合适的路由;
      • 网际协议(IP):无连接。
    • 数据链路层:将网络层的 IP 数据报组装成“”,可用于进行“差错校验和纠正”。每一个“帧”都包含必要的控制信息(同步信息、地址信息、差错控制等);
    • 物理层:考虑用多大电压表示 “1” 或 “0”、接收方如何识别发送方发送的比特、连接电缆的插头有多少根和引脚如何连接等(物理媒介不在这一层)。

- 数据在各层的传递过程:

第 2 章 - 物理层

  1. (Page:41)物理层:考虑如何才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。屏蔽传输媒体和通信手段差异,使数据链路层感受不到差异。该层主要任务为:
  • 机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等;
  • 电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围;
  • 功能特性:指明某条线上出现的某一电平电压的意义;
  • 过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
  1. (Page:43)不同类型的信号
  • 模拟信号(连续信号):代表消息的参数取值是连续的;
  • 数字信号(离散信号):代表消息的参数取值是离散的。
  1. (Page:43)几种基本通信方式
  • 单向通信(单工通信):只能有一个方向的通信。无线电广播或有线电广播,以及电视广播;
  • 双向交替通信(半双工通信):通信双方都可发送信息,但不能同时发送
  • 双向同时通信(全双工通信):通信双方都可发送信息,且能够同时发送
  1. (Page:44)调试:基带信号往往含有较多“低频”成分,甚至“直流”成分,而许多信道无法传输这些成分,因此需要对基带信号进行“调制”。
  • 基带调制(又称“编码”):仅对基带信号的波形进行变换,变换后仍为基带信号(由一种数字信号变为另一种形式的数字信号);
    • 不归零制:正电平代表 1,负电平代表 0;
    • 归零制:正脉冲代表 1,负脉冲代表 0;
    • 曼彻斯特编码:位周期中心向上跳变代表 0,位周期中心向下跳变代表 1(也可反过来定义);
    • 差分曼彻斯特编码:在每一位的中心处始终都有跳变。边界处有跳变为 0,没有跳变为 1。

  • 带通调制:需要使用“载波”进行调制,把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号,转换后为“带通信号”。
    • 调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化;
    • 调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化;
    • 调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号而变化。

  1. (Page:45)信道的容量:
  • 数字信号的优点:对于由于传输所造成的失真容错率较高
  • 码元传输速率越高,信号传输距离越远,噪声干扰越大,或传输媒体质量越差,接收端信号的波形失真就越严重;
  • 在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,传输速率超过此上限,就会出现严重的“码间串扰”问题,使接收端对码元的判别出现问题。所以,信道的频带越宽,那么就可以用更高速率传送码元而不出现码间串扰;
  • 信噪比(S/N):信号的平均功率和噪声的平均功率之比(dB);
  • 信道的极限信息传输速率可以通过“香农公式”(表明信道带宽或信噪比越大,信息的极限传输速率就越高)来计算。
  1. (Page:47)传输媒体:
  • 双绞线;
  • 同轴电缆;
  • 光纤:利用光导纤维传递光脉冲进行通信(通信容量大,带宽在 10^8 MHz 左右)。
  1. (Page:53)信道复用技术:
  • 频分复用(FDM):所有用户在同样的时间占用不同的带宽(频率带宽)资源;
  • 时分复用(TDM/STDM):所有用户在不同的时间(周期性出现)占用同样的频带宽度(更利于数字信号的传输);
  • 码分复用(CDM):用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此不会造成干扰。有很强的抗干扰能力。
  • 波分复用(WDM/DWDM):“光”的频分复用。

(弃)




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