計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（待完成）

原本想等到寫完才發(fā)出來的，但是太多了，只好每天寫一點(diǎn)點(diǎn)咯

目錄
1.1
1.2 計算機(jī)的性能指標(biāo)
1.3

待解決的問題厦章。

1.網(wǎng)絡(luò)為啥要分層钟鸵？
2.分層的原則是什么？
3.每一層含義和作用洋魂？
4.列舉一次網(wǎng)絡(luò)傳輸經(jīng)過的層級？
5.同一層的協(xié)議如何識別?

1.為什么要分組傳輸？
2.什么叫IMP?
3.IMP的點(diǎn)點(diǎn)信道的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有幾種珊佣？為什么要這么設(shè)計?
4.IMP共享廣播信道?

1.2計算機(jī)的性能指標(biāo)

1.2.1 速率

又稱 數(shù)據(jù)率，代表數(shù)據(jù)的傳輸速率披粟，也就是每秒傳輸?shù)腷it量咒锻。
注意：數(shù)據(jù)率不代表傳播速率

1.2.2 帶寬

上限速率

1.2.3 吞吐量

單位時間內(nèi)通過某接口的實際數(shù)據(jù)量，速率可以解釋為是一秒的吞吐量守屉。

1.2.4 時延

1.2.4.1 不同的時延

發(fā)送時延
主機(jī)或路由發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間惑艇。
發(fā)送時延 = 數(shù)據(jù)幀長度(bit) / 發(fā)送速率(bit/s)
傳播時延
數(shù)據(jù)在信道上經(jīng)過的時間。
傳播時延 = 信道長度(m) / 信道傳播速率(m/s) （注意兩個單位速率單位不同）
處理時延
主機(jī)或路由收到消息處理的時延拇泛。（解析首部滨巴、校驗、查找路由）俺叭。
排隊時延
分組轉(zhuǎn)發(fā)需要排隊等待的時延恭取。
總時延計算
總時延 = 發(fā)送時延 + 傳播時延 + 處理時延 + 排隊時延

1.2.4.2 例題

題1：
試在下列條件下比較電路交換和分組交換。要傳送的報文共x(bit)绪颖。從源站到目的站共經(jīng)過后段鏈路秽荤，每段鏈路的傳播時延為d(s)甜奄，數(shù)據(jù)率為b(b／s)。在電路交換時電路的建立時間為s(s)窃款。在分組交換時分組長度為p(bit)课兄，且各結(jié)點(diǎn)的排隊等待時間可忽略不計。問在怎樣的條件下晨继，分組交換的時延比電路交換的要小?

解答:

電路交換：kd + x/b + s 烟阐，電路交換的特點(diǎn)是不需要路由器去轉(zhuǎn)發(fā)分組，所以節(jié)點(diǎn)發(fā)送時延可以忽略紊扬。
分組交換：kd + x/b + (k-1)p/b 蜒茄，這里我們可以理解成一個運(yùn)行的火車，當(dāng)最后一節(jié)通過時餐屎，整個火車通過檀葛。而這個 + (k-1)p/b ，可以解析為腹缩，當(dāng)數(shù)據(jù)全部發(fā)送完屿聋，最后一分組在線路中運(yùn)行時間。
所以我們可以得出結(jié)論藏鹊，當(dāng) s > (k-1)p/b時润讥，分組交換的時延比電路交換的要小。所以我們提高數(shù)據(jù)率和降低節(jié)點(diǎn)能夠降低分組交換的時延（注意盘寡，如果分包越多楚殿，處理時延就越大，這里忽略處理時延竿痰，所以看不出來脆粥。所以降低分包長度，并不一定能降低總時延）

題2：
在上題的分組交換網(wǎng)中菇曲，設(shè)報文長度和分組長度分別為x和（p+h）（bit）冠绢，其中p為分組的數(shù)據(jù)部分的長度抚吠，而h為每個分組所帶的控制信息固定長度常潮，與p的大小無關(guān)。通信的兩端共經(jīng)過k段鏈路楷力。鏈路的數(shù)據(jù)率為b（bit/s）喊式，但傳播時延和結(jié)點(diǎn)的排隊時間均可忽略不計。若打算使總的時延為最小萧朝，問分組的數(shù)據(jù)部分長度p應(yīng)取為多大岔留？

解答：
這道題的最坑的在于這個剛開始的發(fā)送時延怎么計算。
發(fā)送時延： (p+h)/b * (x/p)
全部節(jié)點(diǎn)發(fā)送時延：k * (p+h)/b
總時延：D=(p+h)/b * (x/p) + (k-1) * (p+h)/b

//TODO 這個式子怎么算的检柬，完全布吉島

1.2.5 時延帶寬積

時延帶寬積 = 總時延 * 帶寬
意義：主要是來衡量整個鏈路中的流量

1.2.6 返回時間RTT

主要來確定一個有效數(shù)據(jù)率献联，如TCP你發(fā)送一個包就必須ACK一次，比如這個包100Kb，傳送用了10s里逆，返回時間用了1s进胯，那么這個有效數(shù)據(jù)率就是：100*1024 * 8 /(10+1)

1.2.7 利用率

公式：D=D0/1-U (其中D 表示當(dāng)前時延，D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時延原押，U表示利用率)
(這個可以反映出胁镐，利用率越高時延也就越大)

3 數(shù)據(jù)鏈路層

可以看出，邊緣需要解析5層協(xié)議诸衔，而核心只需要解析3層協(xié)議就夠了盯漂，因為只需要解析出ip，就知道如何傳輸了笨农。

//TODO 數(shù)據(jù)鏈路層是干嘛的就缆？
可以通過圖上，大概查出谒亦，物理鏈路層主要研究鏈路上如何保證正常通信违崇，以及信道的通信方式。

3.1 鏈路層基本概念

鏈路：結(jié)點(diǎn)和相鄰結(jié)點(diǎn)間的一段物理線路（有線或無線）诊霹。
數(shù)據(jù)鏈路 = 通訊協(xié)議（規(guī)程）（網(wǎng)卡實現(xiàn)） + 物理鏈路
幀：數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)羞延，每傳一次，我們稱為幀脾还，幀就是鏈路層協(xié)議單元伴箩。

3.2 基本步驟

將網(wǎng)絡(luò)層的ip數(shù)據(jù)包封裝成幀。
將幀發(fā)送到鏈路上鄙漏。
接受幀并取出其中的IP數(shù)據(jù)報交給網(wǎng)絡(luò)層嗤谚。

3.3 三個基本問題

3.3.1 如何將數(shù)據(jù)封裝成幀？

首部：SOH （start of header）
尾部：EOT （end of transmission）
最大傳送單元：MTU（Maximum Transfer Unit）注意：指不包括首部和尾部的ip數(shù)據(jù)報怔蚌。

首部和尾部一般作用是定界符巩步，但不僅限于此，而ETU則一般出于效率和占用鏈路的時間考慮桦踊，原則上椅野，出于傳輸效率上考慮，數(shù)據(jù)報部分應(yīng)該盡可能大于首部加尾部的長度籍胯。

定界符的幾種常見方式與選擇：

方案	優(yōu)點(diǎn)	缺點(diǎn)
SOH	需要轉(zhuǎn)義竟闪、包含字符少	1.SOH字符轉(zhuǎn)義，2.無法做校驗
SOH+length	1. 可做校驗 2. 需要轉(zhuǎn)義字符少	1.SOH字符需要轉(zhuǎn)義 2. length的占用的字節(jié)不確定
SOH+EOT	1. 可做校驗 2. 占用字節(jié)穩(wěn)定	1.SOH杖狼、EOT字符需要轉(zhuǎn)義

3.3.2 透明傳輸炼蛤？

1. 傳輸就傳輸，為啥要講透明傳輸蝶涩，那什么是不透明傳輸理朋？
因為首部或者尾部的數(shù)據(jù)可能會出現(xiàn)重合絮识，那么就不可以傳輸這些特殊字符，這就是不透明傳輸嗽上，比如出現(xiàn)了EOT相同的字符笋除，鏈路層就會錯誤的找到邊界。

2. 如何解決不透明傳輸
我們可以類比java處理字符串中引號問題炸裆，在java中垃它，我們加入了轉(zhuǎn)義字符 \ ，來處理字符串中的特殊字符烹看，那么在解決透明傳輸上国拇，我們也可以參考這種辦法。
字符填充法：
我們裝幀的數(shù)據(jù)部分里面的 "SOT"惯殊、"EOT"前面加上"ESC"作為轉(zhuǎn)義符酱吝，我們?nèi)瑫r，去掉"ESC"字符土思。
這里可能數(shù)據(jù)部分里面也有"ESC"字符务热，我們可以在"ESC"字符前再加上"ESC"字符。

3.3.3 差錯校驗

現(xiàn)實的鏈路并不理想己儒，在比特傳輸過程中可能由1變成0崎岂，也可能有0變成1，這種差錯叫比特差錯闪湾。目前在物理鏈路層冲甘，廣泛采用循環(huán)冗余校驗（CRC）的校驗技術(shù)。

循環(huán)冗余校驗（CRC）：
假定幀的數(shù)據(jù)部分長度為k途样，假定待傳數(shù)據(jù)為M 江醇。
CRC運(yùn)算就是在數(shù)據(jù)M后面添加冗余碼n，即發(fā)送長度為 (k + n)何暇。發(fā)送的雙方事先商定好(n+1)位的除數(shù)P（這個P我們有相關(guān)規(guī)范）陶夜，用M采用MOD2除法除以P，得出商為Q而余數(shù)為R（商沒用）裆站，這個余數(shù)R就拼接到M后面一起發(fā)出去条辟。我們稱這個要拼接的余數(shù)為 FCS（Frame Check Sequence）幀校驗序列，而接受方遏插，使用除數(shù)P看是否可以采用MOD2整除(M+R)來判斷是否成功交換捂贿。

舉個栗子：
我們現(xiàn)在幀的數(shù)據(jù)M = 101001 纠修，我們約定好除數(shù)是P = 1101 (說明n=3)胳嘲，那么如何得到完整數(shù)據(jù)?

首先得到長度使用模2乘法： 2^n * M，實際上就是在M后面添上n非0扣草，得到新的M （101001000）

M   :                           1   0   1   0   0   1  
2^n :                                   1   0   0   0   
                                ---------------------
                                0   0   0   0   0   0
                            0   0   0   0   0   0
                        0   0   0   0   0   0
                    1   0   1   0   0   1
                    ---------------------------------
                    1   0   1   0   0   1   0   0   0

使用模2運(yùn)算了牛，將得到的新M除以P颜屠，得到商（110101），余數(shù) （001）

                                1   1   0   1   0   1
                 ____________________________________
        1101    √   1   0   1   0   0   1   0   0   0
                    1   1   0   1
                    -----------------
                    0   1   1   1   0
                        1   1   0   1
                        ---------------------
                        0   0   1   1   1   0
                                1   1   0   1
                                ---------------------
                                0   0   1   1   0   0
                                        1   1   0   1
                                        -------------
                                        0   0   0   1

將新的M （101001000）或上余數(shù)R（001）最終獲得發(fā)送的數(shù)為：101001001鹰祸。

接收端處理
客戶端收到信息后：對每一幀都用模2運(yùn)算除以相同的除數(shù)P甫窟，看余數(shù)是否為0。（如果出現(xiàn)誤碼余數(shù)為0的概率很型苡ぁ）
如果余數(shù)為0：就幀沒有誤差粗井，如果出現(xiàn)異常。
如果余數(shù)不為0：說明幀存在誤差街图，直接丟棄浇衬。

除數(shù)P的表示：
除數(shù)P可以用P(X)來表示，其中多項式P(X)被稱為生成多項式餐济。
例如耘擂，上面除數(shù)P=1101可以表示P(X) = X^3 +X^2+1
目前常用的多項式有：

//TODO 如何來算CRC16？以及CRC16
//TODO 等到學(xué)會散列的時候來看看
https://zhidao.baidu.com/question/185131161.html
https://bbs.csdn.net/topics/390455236/
https://blog.csdn.net/lzy20ls/article/details/75309015
https://blog.csdn.net/xing414736597/article/details/78693781
https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_redundancy_check

3.4 可靠運(yùn)輸和不可靠運(yùn)輸

3.4.1 比特差錯與傳輸差錯絮姆。

傳輸常見差錯可分為：比特差錯醉冤、傳輸差錯。
比特差錯：接受的幀和原發(fā)送幀的數(shù)據(jù)不一致篙悯。
傳輸差錯：
幀丟失蚁阳、幀重復(fù)、幀失序
1）幀丟失：[#1]鸽照，[#3]
2）幀重復(fù)：[#1]韵吨，[#2]，[#2]移宅，[#3]
3）幀失序：[#1]归粉，[#3]，[#2]

所謂的無比特差錯運(yùn)輸就是指傳輸中干掉了比特差錯漏峰，目前我們通過CRC僅能做到對幀無比特差錯接受糠悼，即凡是接受端數(shù)據(jù)鏈路層接受到的幀，我們都認(rèn)為這些幀在傳輸過程中無差錯浅乔，但是這并不代表可靠運(yùn)輸

3.4.2 什么是可靠傳輸倔喂，如何做到以及優(yōu)缺點(diǎn)和場景

介紹：
簡單的說，可靠傳輸就是干掉比特差錯和傳輸差錯靖苇。

如何做到：
即在無比特差錯傳輸?shù)幕A(chǔ)上加上"幀編號","確認(rèn)","重傳機(jī)制"席噩，來確保可靠傳輸贤壁。

優(yōu)缺:
但是我們可以看出悼枢，多加了3種機(jī)制，可以保證幀的傳輸不出差錯的同時脾拆，意味著通訊效率的降低馒索。

場景:
可以看出：
1.可靠運(yùn)輸?shù)膱鼍斑m用于通訊質(zhì)量較差線路莹妒，容易出現(xiàn)幀丟失、幀重復(fù)绰上、幀失序等問題旨怠。
2.不可靠運(yùn)輸?shù)膱鼍斑m用于通訊質(zhì)量較好的線路

3.4.3 互聯(lián)網(wǎng)的普遍的傳輸

事實上當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)采用一種貪心策略。
即：

對于通信質(zhì)量良好的鏈路蜈块，我們不做確認(rèn)和重傳鉴腻，即做無比特差錯傳輸，將可靠性傳輸?shù)娜蝿?wù)交給傳輸層來做(如TCP),
對于通訊質(zhì)量差的鏈路百揭，采用確認(rèn)和重傳拘哨，向上提供可靠傳輸服務(wù)。

3.5 點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議 PPP

PPP是目前使用最廣泛的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議信峻，不管是低速的撥號貓連接還是高速的光纖鏈路倦青，都適用PPP協(xié)議。
因特網(wǎng)用戶通常都要連接到某個ISP 才能接入到因特網(wǎng)盹舞。 PPP協(xié)議就是用戶計算機(jī)和ISP進(jìn)行通信時所使用的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議产镐。 ISP使用PPP協(xié)議為計算機(jī)分配一些網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（如IP地址、域名等）踢步。

3.5.1 特點(diǎn)

簡單：
對數(shù)據(jù)鏈路層的幀不需要確認(rèn)癣亚、重傳、序號获印，提供不可靠數(shù)據(jù)服務(wù)述雾。（由傳輸層如TCP來做可靠校驗）
為什么PPP協(xié)議簡單？
由于不管是核心部分還是邊緣部分兼丰，都會解析鏈路層協(xié)議玻孟，所以盡可能的將鏈路層協(xié)議寫簡單，這樣解析快鳍征∈螋幔可以將復(fù)雜的部分放入傳輸層協(xié)議(如TCP)來處理。
大致流程：
接收方接受到一個幀艳丛，對幀進(jìn)行CRC校驗匣掸，如果校驗通過就收下這個幀，反之丟棄氮双。

支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
如IP碰酝、IPX。（向上兼容）
支持類型鏈路
串行戴差、并行送爸、同步、異步、光信號碱璃、電信號（向下兼容）
檢查連接狀態(tài)
隔幾分鐘就發(fā)心跳包弄痹。
主要用于那些出現(xiàn)故障饭入，隔了一段時間又恢復(fù)的鏈路嵌器。
網(wǎng)絡(luò)層地址協(xié)商
//TODO
數(shù)據(jù)壓縮協(xié)商（不做強(qiáng)制規(guī)定，未進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化）
如出現(xiàn)連續(xù)出現(xiàn)80個1谐丢，我們就壓縮這個80個1爽航，用過標(biāo)志符表示80個1，反正有很多壓縮方法乾忱。

7.PPP協(xié)議僅支持點(diǎn)對點(diǎn)鏈路通信讥珍，不支持多點(diǎn)線路（一個主站輪流和多個從站通信）
8.PPP協(xié)議僅支持全雙工鏈路。

3.5.2 協(xié)議組成

3.5.3 幀組成字段

字段F ：為標(biāo)識首部或尾部
字段A：地址字段窄瘟，OXFF(無用衷佃，在PPP協(xié)議中可以去掉)
字段C：控制字段，OxO3(無用蹄葱，在PPP協(xié)議中可以去掉)
字段協(xié)議：協(xié)議字段氏义，占2個字節(jié)，相當(dāng)于一個Type图云，標(biāo)識PPP幀信息部分類型惯悠，其中 0x0021標(biāo)識PPP幀就是IP數(shù)據(jù)報，若為0xC021標(biāo)識PPP幀信息部分為鏈路控制協(xié)議LCP的數(shù)據(jù)竣况，而0x8021標(biāo)識標(biāo)識PPP幀信息部分為網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議NCP數(shù)據(jù)克婶。
信息部分：可以是ip數(shù)據(jù)包，也可以是LCP或NCP的控制協(xié)議丹泉，最大為MTU情萤。
FCS：2個字節(jié)，推測為CRC16的校驗碼

3.5.4 異步傳輸和同步傳輸

http://www.reibang.com/p/b0c5810a79ef
可以看出摹恨，異步傳輸是面向字符紫岩，而同步傳輸面向幀。

3.5.5 字節(jié)填充

當(dāng)采取異步傳輸時睬塌，PPP協(xié)議選取字節(jié)填充泉蝌。

將每一個0x7e轉(zhuǎn)換成0x7d,0x5e
將每一個0x7d轉(zhuǎn)換成0x7d,0x5d
將每一個小于0x23的字符前面加上0x7d

3.5.6 比特填充

當(dāng)采取同步傳輸時，PPP協(xié)議采取比特填充揩晴。
對幀的數(shù)據(jù)部分中勋陪，每5個連續(xù)的1，后面添加一個0硫兰，這么做主要是诅愚，防止0x7e出現(xiàn)。
然后在接受端，每5個連續(xù)的1后面減少一個0违孝。

3.5.7 PPP協(xié)議的工作方式

PPP鏈路的初始化：

用戶撥號刹前，建立一條從個人主機(jī)到ISP的物理鏈路。
個人主機(jī)向ISP發(fā)送鏈路控制協(xié)議LCP分組雌桑，建立LCP連接喇喉。（這些分組和響應(yīng)決定了將要使用的一些PPP參數(shù)，如是否使用PPP協(xié)議的地址和控制字段）
待成功建立LCP連接后校坑，接著進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)層配置拣技，NCP協(xié)議給個人主機(jī)分配一個臨時IP，此時用戶個人電腦就成為互聯(lián)網(wǎng)上一個有IP地址的主機(jī)了耍目。

3.6 習(xí)題

LCP包括哪些功能膏斤？
封裝成幀、透明傳輸邪驮、差錯校驗莫辨、連接狀態(tài)檢測。