概述

• 定义
  • 由通信技术连接在一起的自主计算机的互联集合。
• 交换方式
  • 电路交换
    • 即 Circuit Switching。
    • 通信开始前建立一个专用的通路，通信结束后释放。
    • 通信时延低，保证性能。需要长时间占用信道资源、资源利用率低。
  • 报文交换
    • 即 Message Switching。
    • 以完整的报文为单位传输，节点先接收一个完整报文，然后再转发到下一个节点。
    • 信道利用率提高，无需建立连接，传输可以走不同路径。时延很大，需要接收完整报文后才可以转发。
  • 分组交换
    • 即 Packet Switching。
    • 把报文拆分为多个较小的定长数据包，以分组为单位进行存储转发。
    • 两种方式：
      • 数据报方式：每个分组可以走不同的路线。
      • 虚电路方式：先建立逻辑线路，所有的分组都走同一个线路，保持顺序。
    • 信道利用率更高。需要加入额外的包头，协议更复杂。
• 性能
  • 指标
    • 延迟（Latency/Delay）：数据沿链路传播的时间。
    • 带宽（Bandwidth）：单位时间内传播的数据量。
    • 带宽-延迟积（BDP）：在链路中的最大数据总量。
    • 利用率 $\rho$（Utilization）：链路用于传输数据的时间占比。
  • 延迟分析
    • 总延迟：从开始传输一个数据包，到对方完全接收所有数据的时间。
    • 发送延迟 $d_{\text{trans}}$：数据包从开始发送到本地发送完成的时间。
      • $d_{\text{trans}} = \dfrac{L\ (\text{b})}{R\ (\text{bps})}$，$L$ 为数据长度，$R$ 为带宽。
    • 传播延迟 $d_{\text{prop}}$：数据从一端传播到另外一端的时间。
      • $d_{\text{prop}} = \dfrac{d\ (\text{m})}{s (\text{m/s})}$，$d$ 为链路长度，$s$ 为链路中的传播速度。
    • 处理延迟
    • 排队延迟
  • 负载
    • $\dfrac{La}{R}$，$a$ 为平均到达时间。
    • 负载接近 $0$ 时，排队时间较小，接近 $1$ 时较大。大于 $1$ 时发生丢包。
• 架构
  • 分层架构
    • 定义
      • 服务：下层为上一层提供的功能。
      • 接口：上层访问下层的服务的操作方法，通常时一组原语。
      • 协议：同一层内的通信规则，规定了报文的格式、顺序、动作。
      • 服务访问点（SAP）：每一层向上层提供的服务接入点，通过地址标识。如传输层的 SAP 就是端口号。
      • 服务数据单元（SDU）：上层传给下层、需要通过网络传输的数据。
      • 协议数据单元（PDU）：对等层之间实际交换的数据单元。PDU = 本层协议头 + SDU（+ 协议尾）。
      • 接口控制信息（ICI）：在相邻层之间传递的控制信息，如数据长度、优先级等。
    • 优缺点
      • 模块化
      • 抽象
      • 复用
      • 带来额外开销
  • OSI 参考模型
    • 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
  • TCP/IP 模型
    • 物理层、网络层、传输层、应用层。