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Chapter1

网络实例

网络分类：按地域规模

  • 个域网 PAN

能在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络

  • 局域网 LAN

局部地区形成的区域网络，如企业网络，电脑 WLAN 接入，打印机共享

  • 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)

范围覆盖一个城市的网络

  • 广域网 WAN

覆盖很大地理区域，乃至覆盖地区和国家

网络的网络

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互联网的层次结构

  • Tier-1 ISP
  • Tier-2 ISP：往往需要向更高级 ISP 交流量费

互联网的构成

网络边缘

  • 端系统：位于互联网边缘与互联网相连的计算机和其他设备
  • 端系统由各类主机 (host) 构成
  • 主机：客户端，服务器
  • 主机功能：

网络核心

  • 由互联端系统的分组交换设备和通信链路构成的网状网络
  • 分组交换路由器，链路层交换机
  • 通信链路

接入网概述

接入网目标

物理介质

传输单元：位 bit

在发射机/接收机之间的物理介质上传播的数据的最小单元

  • 存储常用字节 Byte
  • 传输常用比特 Bit

物理介质

指发射机和接收机之间的具体链路介质

  • 引导型介质：信号在固体介质中传播
  • 非引导型介质：信号自由传播，例如无线电
光纤

  • 玻璃纤维携带光脉冲，每个脉冲一位

  • 高速运行，点对点传输，10-100 Gbps 以上

  • 低误码率，中继器相距很远，对电磁噪声免疫
双绞线
  • 两根绝缘铜线互相缠绕为一对
  • 电话线是 1 对双绞线，网线是 4 对双绞线
同轴电缆
  • 两根同心铜导线，双向传输
  • 带宽可达 100 Mbps
非引导型介质
  • 无线电

电磁频谱中各种“波段”携带的信号

  • 无线链路类型

无线局域网，WiFi

广域，如 3/4/5G 蜂窝

网络核心

分组交换

两大功能

路由
转发

电路交换

  • FDM 频分多路复用

分一段频率给用户，所有时间都可以使用该段频率

  • TDM 时分多路复用

用户可以使用所有频率段，但只有规定时间可以使用

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存储转发的报文交换

协议与分层结构

协议设计目的

可靠性，资源分配，拥塞问题，自适应性，安全问题

协议分层结构

必要性

分层结构，统一标准，模块独立

协议分层结构

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  • 发送端：层层封装；接收端：层层解封装
  • 不同层对应协议数据单元

服务原语

两种不同类型的服务

  • 面向连接

每个请求或响应后，都在对方产生一个指示或确认动作

  • 无连接

邮件携带了完整的目标地址，传输过程不需要应答

六个核心服务原语 (以面向连接服务为例)

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服务与协议的关系

  • 协议是水平的，服务是垂直的
  • 实体使用协议来实现其定义的服务
  • 上层实体通过接口使用下层实体的服务

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参考模型

OSI 参考模型

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  • 物理层
  • 数据链路层

TCP/IP 参考模型

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OSI 模型 TCP/IP 模型对比

课程内容的分层组织

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模型与网络实例

计算机网络度量单位

  • 比特率：主机在数字信道上传送数据的速率，也称数据率

  • 带宽：网络中某通道传送数据的能力，即单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率”

  • 包转发率：全称 Packet Per Second，表示交换机或路由器等网络设备以包为单位的转发速率

  • 在交换机上，小包（小数据包）比大包（大数据包）更难实现线速。这是因为交换机在处理小包时，涉及更多的处理开销和较高的包转发频率。

  • 时延：数据（一个报文或分组）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间，也称为延迟

  • 传输时延

  • 传播时延
  • 处理时延
  • 排队时延

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  • 往返时间 RTT (Round-Trip Time)：从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认，经历的总时间

  • 时延带宽积 = 传播时延 × 带宽，即按比特比特计数的链路长度，类似于容量

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  • 吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量，单位 b/s

  • 有效吞吐量：单位时间内，目的地正确接收到的有用信息的数目，单位 bit

  • 丢包率：所丢失数据包的数量占所发送数据包的比率

  • 利用率：有信道利用率和网络利用率

  • 信道利用率：指出某信道有百分之几的时间是被利用的

  • 网络利用率：全网络的信道利用率的加权平均值

  • 时延抖动：变化的时延称为抖动

  • 延迟丢包：多媒体应用中，由于数据包延迟到达，在接收端需要丢弃失去使用价值的包

网络安全与威胁

网络安全问题的由来

病毒、蠕虫与恶意软件

  • 恶意软件：任何有损用户利益的软件，做各种不正当的事情
  • 自我复制：一旦恶意软件感染了一台主机，就会从那台主机寻求进入更多的主机，影响与受感染设备通信的其他设备
  • 病毒：需要某种形式的用户交互来不断传播的恶意软件，如含可执行代码的 email 附件
  • 蠕虫：一种无须用户明显交互即可运行和传播的独立程序，通过不断扫描网络中存在漏洞的计算机，进行传播

拒绝服务攻击

  • 攻击者通过制造大量虚假流量占用资源
  • 使合法流量无法使用资源（服务、带宽）
  • 僵尸网络

密码泄露与撞库攻击

  • 拖库：盗走用户资料
  • 洗库：黑产用户数据变现
  • 撞库：在其他网站“撞大运”

数据包嗅探与 IP 欺骗

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隐私保护

安全防御与法规

安全防御

  • 身份验证
  • 保密：加密技术
  • 完整性检查：数字签名检测/防止篡改
  • 访问限制：受密码保护的 VPN
  • 防火墙：接入网络和核心网络中的专用“安全卫士”

标准化组织

国际标准组织

  • ISO，ITU，IEEE，WIFI，W3C

Internet 标准化组织

  • IETF，IRTF，ISOC，IAB

我国相关标准组织

  • CCSA

开源社区

  • GitHub

互联网发展史与启示