網絡世界漫步——緒論之網絡分層模型(2)

前言

上一節講到數據交換的問題,這一講我們講述計算機網絡的性能和計算機網絡的體系結構。

計算機網絡的性能

網絡的性能指標很多,我這裏只說延遲和時延。這兩個詞其實說的是一個內容,都是指“遲到”。那麼,究竟是什麼“東西”遲到了呢?
上一節我們說過,現在在網絡佔用採用的大多都是分組交換技術,因爲這種技術有很多其他交換技術沒有的特性,其中最爲突出的就是速度快(至於爲啥快,我會水一篇文章告訴大家)。
分組交換技術依賴於路由器和交換機,路由器和交換機根據數據包的內容將不同的分組路由到不同的節點。但是這裏面有個問題,路由器和分組交換機都要通過路由算法才能夠找到分組要被路由的地址,這就牽扯到計算的問題。
與此同時,爲了能夠快速的計算(其他原因不深究),需要提前將數據包緩存到路由器中。這就引出了一個新的問題——路由器的緩存容量是有限的。路由器只有在處理完當前的數據包之後,纔會處理下一個數據包(“排隊”現象),所以,當路由器中的緩存隊列滿了之後,如果沒有騰出空間,那麼新來的數據包就沒有辦法進入路由器的緩存,這就造成了丟包和時延

四種時延

  • 節點處理延時
    這就是我說的路由器“計算”數據包應發節點的時間。

  • 排隊延時
    等待輸出鏈路可用,這個取決於路由器的擁塞狀態。

  • 傳輸延時
    取決於分組長度和鏈路帶寬。

  • 傳播延時
    取決於物理鏈路長度,信號傳播速度。是數據從一個節點到另一個節點的時間。

【注】傳輸延時和傳播延時是不同的。傳輸延時主要針對於數據包來說,路由器處理數據包實際上還是一個個比特進行處理的,一個數據包有若干個比特,傳輸延時就是這若干個比特通過路由器所用的時間;而傳播延時是指這個數據包在兩個路由器之間(兩個節點之間)的延時。

計算機網絡的體系結構

計算機網絡的體系結構無外乎有兩種,一種是五層協議棧,另外一種是七層ISO OSI參考模型。《計算機網絡 自頂向下》就是按照第一種五層協議棧編排的,這五層分別是應用層、運輸層、網絡層、鏈路層、物理層(自頂向下)。至於七層的模型,大家感興趣的就自己看看,我就不在這裏誤導你了。
對於如何分層,這裏面涉及到到的東西就不是我能夠解釋了得了——利益、市場、成本各種因素,相當複雜。我們暫時還是關注技術上的內容。

  • 應用層
    應用層是網絡應用程序以及他們的應用層協議存留的地方。就比如我們網絡編程中常用的Socket協議,這就是網絡層的。其他的,像著名的HTTP協議,這個自然不用說,參考我之前寫的《HTTP自述》,還有SMTP(郵件協議)、FTP(文件傳輸協議)、DNS(網絡域名解析服務)。應用層的內容就能夠知道,這層應該是分佈在端系統上,也就是PC、手機之類的東西上。注意,此層的信息分組被稱爲報文,這一點很重要,後面會大量提到。

  • 運輸層
    運輸層的作用是在應用程序之間傳輸應用層報文。運輸層兩個重要的協議:TCP和UDP。TCP向他的應用程序提供了面向連接的服務,包括了應用層報文向目的地的確保傳遞和流量控制。也將長報文劃分爲短報文,並提供擁塞控制機制。UDP向它的應用程序提供無連接服務。這個內容大家先了解一下就好,下一章會詳細介紹的。對了,此層的信息分組稱爲報文段

  • 網絡層
    網絡層負責將稱爲數據報的網絡層分組從一臺主機移動到另外一臺主機上,這貨就是一個運輸工。最著名的協議就是IP協議,我想就不用我多說了吧。

  • 鏈路層
    鏈路層的作用是將數據報從一個節點移動到鏈路中的另外一個結點。
    在每個結點,網絡層將數據報下傳給鏈路層,鏈路層沿着路徑將數據報傳遞給下一個結點,在下個結點,鏈路層將數據報上傳給網絡層。應用:以太網、WIFI、電纜接入網。鏈路層分組稱爲幀。

  • 物理層
    將幀中的一個一個比特從一個結點移動到下一個結點。

【注意】上面說的各種信息分組,不論是報文、報文段還是數據報、幀,最重要的組成部分只有首部字段和有效載荷字段。

結語

以上就是緒論部分的全部內容,後續我們將按照這個脈絡展開講述。
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【參考】《計算機網絡 自頂向下》

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