计算机网络：自顶向下方法读书笔记（二）
1.3.3 网络的网络
网络结构1：通过单一的全球范围内的统一服务提供商（ISP PP）连接全部接入该isp的服务客户。
互联
付费
全球传输ISP
接入ISP
网络结构2 ：数十万接入ISP和多个全球传输ISP组成
互联
竞争
多个全球传输ISP
多个接入ISP
网络结构3 ：多个层级且具有竞争关系的ISP
竞争
竞争
竞争
付费
付费
付费
若直接相连则直接付费
多个全球传输ISP
多个较大的区域ISP
多个较小的区域ISP
多个接入ISP
网络结构4 ：在结构3上增加了存在点、多宿、对等、因特网交换点
网络架构中的存在点（Point of Presence, PoP）不仅包括接入运营商宽带接入设备（ISPs），还广泛分布于架构的各个层级结构之中。每个PoP实际上是由单台至多台路由器组成的集群，在同一物理位置上实现客户ISP与提供商ISP之间的连接。
允许多个提供商ISP进行连接的技术特性被称为多宿（muti-home），即一个PoP能够同时支持多个运营商的访问。
相互对等的邻近两个ISP之间直接相连，在这种情况下流量传输无需经过中间级别的ISP节点。
当两个不同层级或同一层级上的相邻ServiceProvider间实现相互对等连接时，默认情况下不会进行结算操作。
因特网交换点(internet exchange point,IXP)，本质上就是一个由第三方公司设立的汇聚点（convergence hub），它能够使多个ISP在此实现互连与协作。
因特网交换点(internet exchange point,IXP)，本质上就是一个由第三方公司设立的汇聚点（convergence hub），它能够使多个internet service providers (ISPs)在此实现互连与协作。
当前互联网体系：在互联网架构4的上层增加了内容提供商网络（CPN），例如谷歌
- 内容提供商网络具有以下特点：
- 基于专用的TCP/IP网络实现互联
- 不依赖于公共互联网进行运营
- 只允许输送进出自身范围内的数据流量
- 能够与下层ISP建立等同关系
- 不仅能够降低相关成本，并能加强对其自身网络运行状态的有效掌控能力
1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量
1.4.1概述
四种关键的时延包括：节点处理延迟（node processing delay）、队列延迟（queueing delay）、传输延迟（transmission delay）和传播延迟（propagation delay） ，这些共同构成了节点总时延（total nodal delay）。
-
节点处理时延(nodal processing delay): 是指在执行特定任务过程中所需的时间。
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识别分组头部信息: 该过程涉及解析数据包中的头部字段。
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根据判断结果确定目标方向: 从而实现数据包的高效转发。
-
此外还需考虑诸如比特级别错误检测等因素: 这些因素有助于提高整体传输的可靠性。
-
高度路由器通常具有微秒级甚至更低的延迟：O(1)量级。
-
排队时延(queuing delay)：指的是分组在链路上形成队列等待传输所需的时间
-
由先期抵达并正在排队的分组数量决定
-
其规模可范围在毫秒至微秒之间
-
传输时延(transmission delay)定义为：以L比特代表分组长度，并以Rbps(比特每秒)衡量从路由A至路由B的链路传输速率。
-
由此可得：当分组长度为L比特且链路速率为Rbps(比特每秒)时，则传输时延计算公式为L除以R。
-
所需时间为将每个分组的所有比特依次推送到指定链路上（即进行数据传输或信号发射）所需的时间。
-
其量级一般介于毫秒与微秒之间。
- 传播时延(propagation delay)：一个比特从发送链路起始点传输至路由器B所需的时间即为该传播时延。
- 当两台路由器之间的距离为d且传输速率为s，则可得出其传播时延为d/s。
- 可以看出传播时延即指一个比特从一个路由器传输至另一个路由所需的时间。
- 传输速率s由其物理介质性质所决定，在2×10^8 ~ 3×10^8 m/s之间（不超过光速）。
- 广域网中时间量级标注为毫秒。
- 节点总时延=处理时延+排队时延+传输时延+传播时延
1.4.2排队时延和丢包
- 队列延迟
- 其实取决于分组类型
- 常用统计指标来评估队列性能
- 主要由以下因素决定：
- 流入该队列的数据流量速率
- 数据传输链路的速度
- 流量到达模式的不同特征（如突发性或周期性）
令a代表进入队列分组的平均速率（单位：分组每秒），其中R表示数据传输速率；假设所有分组的长度均为L比特，并且假设队列容量极大；在此情况下，
经计算可得：
其比值 La 的单位是比特每秒（bps），因此：
其比值 La/R 称之为流量强度指标（traffic intensity index）；
在系统设计过程中, 要求该比值 La/R 必须不大于1。
由于没有地方来存储多余的分组数据，路由器不得不丢弃这一特定的数据分组。这个行为直接导致数据丢失。
1.4.3端到端时延
在两台主机之间配置了N−1台路由器的情况下，在网络路径上不存在拥塞现象且传输过程中不产生队列延迟，则两端之间的总延迟为：N \times (\text{处理延迟} + \text{传输延迟} + \text{传播延迟})。因此，在上述条件下…
1.4.4计算机网络中的吞吐量
瞬时吞吐量(instantaneous throughput) :主机B接收到该文件的速率。
平均吞吐量(average throughput) :
* 发送F比特的文件，主机B接收所有F比特用时T秒
* 平均吞吐量=F/T瓶颈链路(bottleneck link) :就是一条路径中，具有最小链路速率的链路。
1.5协议层次及其服务模型
1.5.1分层的体系结构
协议分层(layer)
- 某一层的服务架构(service architecture) ：指的是该层向上一层提供的基础业务功能（service）
- 协议栈**(network protocol stack)**：各组所有协议共同构成了网络协议堆叠（stack of network protocols）。因特网作为全球使用的互联网标准有五个层次：底层（physical layer）、数据链路层（data link layer）、网络接口控制接口（NAT）（network access translation）、数据传输协议/TCP/IP传输协议（TCP/IP）（transmission control protocol/internet protocol）以及应用层面的标准体系（application layer standards）。本书所述的自顶向下的方法是指先从应用层面的标准体系开始解析网络。
5层因特网协议栈和7层OSI参考模型
1.5.2封装
包封（encapsulation）：指的就是每一层都会将上一层的分组打包成一个新的分组，在每一层中，一般包含两种类型的字段：首部字段和有效载荷字段（payload field）。有效载荷字段来源于上一层的分组。
- 封装过程示意图
- 各层级服务概述
- 应用层面涉及的网络应用程序及其相关程序通常存储在特定位置
- 传输层面负责通过不同应用程序接口之间的通信传输应用层面的数据包
- 网络层面的任务是将数据报从一台主机传递到另一台主机
- 链路层面的主要职责是将数据帧传递给相邻的网络实体
- 物理层面则专注于以二进制位的形式在不同设备之间传输信息