计算机网络-自顶向下方法(6E),CH1

基础概念

  • 主机(host)/端系统(end system):联网设备:PC,手机,相机,传感器…
  • 通信链路(communication link)/分组交换机(package switch):连接端系统
    • 通信链路:不同类型的物理媒介组成,包括同轴电缆、光纤、无线电谱频等。不同的链路速率以比特/秒(bit/s, bps)计算,
    • 发送端将数据分段,并为每段加上首部字节,形成了分组(package,包)
    • 分组交换机:路由器(位于网路核心)、链路层交换机(用于接入网中)
    • 端系统彼此交换报文(message)
  • 端系统通过因特尔服务提供商(ISP)接入因特网
  • 因特尔标准文档(Internet standard)由因特尔工程任务组(IETF)研发
  • IFTF的标准文档称为请求评论(RFC)

通过网络链路与交换机移动数据:分组交换与电路交换

分组交换

存储转发传输:交换机在能开始向输出链路传输分组的第一个bit前,必须完整接受到整个分组

  • 多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输

每个分组交换机与多个链路相连,对于每个链路都有一个输出缓存(输出队列)。如果链路正在传输其他分组,那到达该链路的分组需要在缓存中等待,称为排队时延。如果分组到达时,缓存已满,那么该分组或者缓存中的某个分组将被丢弃,称为分组丢失(丢包)

路由器有一个转发表,用于将目的地址映射为输出链路 因特网有路由选择协议来自动设置转发表

电路交换

电路交换网络在两个端系统中创建了一条专用的端到端连接

通过频分复用时分复用实现

  • 频分复用是链路的所有频段为所有连接共享,而每个连接在连接时会独用一个频段
  • 时分复用,对于时分复用的链路,时间被划分为固定区间的帧,每帧又被划分为固定数量的时隙,连接时网络为该连接在每个帧指定一个时隙。

分组交换按需分配资源,更高效

时延

  • 处理时延:检查分组首部和决定将该分组导向何处
  • 排队时延
  • 传输时延:将所有分组的比特推向链路的时间。L表示分组长度,R表示链路传输速率,传输时延为L/R
  • 传播时延:一个bit通过链路的时间,取决于链路的长度和速率

吞吐量

  • 瞬时吞吐量:从主机A传送文件给主机B,主机B接受到该文件的速率(以bps计)
  • 平均吞吐量:文件F比特,主机B接受该文件用去了T秒,则平均吞吐量为F/T bps

协议分层

五层因特网协议栈

名称 功能 例如
应用层 网络应用程序及他们的应用层协议存留于应用层中。不同端系统中的应用程序通过应用层协议交换信息分组(报文message) HTTP、SMTP、FTP、DNS
运输层 在应用程序端点之间传送应用层报文。运输层分组称为报文段(segment) TCP、UDP
网络层 网络层将数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机 IP
链路层 将帧(链路层分组)从一个结点移动到路径的下一个结点 以太网、Wifi和电缆接入网的DOCSIS协议
物理层 将帧中的一个个比特一个结点移动到路径的下一个结点。传输协议与链路实际传输媒介有关  

OSI模型(开放系统互连模型)

名称 功能
应用层 同上
表示层 使通信的应用程序能够解释交换数据的含义。服务包括数据压缩、数据加密(它们是自解释的)以及数据描述
会话层 提供了数据交换定界和同步功能,包括了建立检查点和恢复方案的方法
运输层  
网络层  
链路层  
物理层  

封装

  • 每一层的一个分组包含:首部字段+有效载荷字段。其中有效载荷字段通常来自上一分组 ``` 应用层报文(application-layer message) ↓ ↓ – 运输层首部信息(eg:差错检测信息) ↓ 运输层报文(transport-layer segment) ↓ ↓ – 网络层首部信息(eg:源和目的端系统地址) ↓ 网络层数据报(network-layer datagram) ↓ ↓ – 链路层首部信息 ↓ 链路层帧(link-layer frame)

```

网络攻击

  • Dos 攻击
    • 拒绝服务攻击(Denial-of-Service attack)
    • 分类
      1. 弱点攻击:向目标主机发送制作精细的报文,使得目标主机的应用程序或操作系统崩溃,甚至使得主机崩溃
      2. 带宽洪泛:向目标主机发送大量分组,使得目标的接入链路拥塞而合法的分组无法到达服务器
      3. 连接洪泛:在目标主机中创建大量的半开或全开TCP连接,使得主机停止接收合法的连接
    • 分布式DoS(DDoS)
  • 嗅探分组
    • 记录每个流进的分组副本的被动接收机被称为分组嗅探器(packet sniffer)
  • 伪装
    • IP哄骗(IP spoofing):将具有虚假源地址的分组注入因特网的能力