计算机网络 通信网络笔记（自顶向下的方法）from top to the botton of MIT

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网络利用率大并不是好事：会导致网络很堵，速度变慢。时延变长。

第一章计算吞吐量：
考虑下图，其中有一个机构网络连接到互联网。假设平均对象大小为900,000位，并且从机构的浏览器到原始服务器的平均请求速率为每秒15个请求。还假设从接入链路互联网上的路由器转发HTTP请求到收到响应所需的时间平均为3秒。对于平均接入延迟(access delay)，即从互联网路由器到机构路由器的延迟，可以建模为,ta是通过访问链路发送对象所需的平均时间(也就是机构网络到原始服务器网络的时间，圈起来的部分)，b是对象到达访问链路的速率。

[1]查找总的平均响应时间。
[2]现在假设在机构局域网中安装了一个缓存。假设错过率为0.4。假设如果缓存满足了请求，则响应时间可以忽略不计。查找总的平均响应时间。

•Find the total average response time.
Answer: 900,000 bits=0.9Mb
Ta=0.9/15=0.06 S
b= 15
T=T0+Taccess=3+0.06/(1-0.0615)=3.6 S
[2 marks]
•Now suppose a cache is installed in the institutional LAN. Suppose the miss rate is 0.4. Assume that the response time is negligible if the request is satisfied by the cache. Find the total average response time.
[2 marks]
Answer:
b是objects到达访问链路的速率因此Tab=0.9M,
当缓存丢失时，只有原来的0.4的数据需要ACCESS下载，其他直接在本地LAN下载即可。
所以接入延迟 Taccess=0.06/(1-0.4Tab)=0.09375 S，
本地接入网络LAN下载速度是100Mbps非常快，0.6*Tlan这项可以看作0

如果缓存丢失 平均响应时间为=T0+Tlan+Taccess =0.09375 +0+3=3.09375 s，
如果缓存命中则为 0 s
因此，平均响应时间 =0× 0.6 + 3.09375× 0.4 = 1.2375 s

设置重传时间间隔RTO的计算：

需要三个参数 Estimated估计RTT sample采样RTT device设备误差RTT
估计RTT=（1-a）上一次估计RTT的值+a采样RTT
设备误差DEV RTT=（1-b）上一次设备误差DEV RTT的值+b|采样RTT-上式求得的估计RTT|
然后就可以计算重传时间间隔RTO=估计RTT+4*设备误差dev RTT

对IP包分块长度的计算：
Suppose a router receives an IP packet containing 600 data bytes and has to forward the packet to a network with maximum transmission unit of 200 bytes. Assume that the IP header is 20 bytes long. Show the fragments that the router creates and specify the relevant values in each fragment header (i.e., total length, fragment offset, and more bit).
[5 marks]
假设一个路由器接收到一个包含600个数据字节的IP包，并且必须将该包转发到一个最大传输单位为200字节的网络。假设IP头是20字节长。显示路由器创建的片段，并在每个片段头中指定相关值（即，总长度、片段偏移量和更多位）。（如果在TCP报文还要再加20字节长的头部）
ANSWER:
IP数据包=600数据字节
MTU（最大传输单元）=200字节
IP头=20头字节
（其结果是IP头至少为20字节）
每个片段的最大可能的数据长度=MTU-IP头=200-20=180字节。
由于ip片段的数据长度必须以8字节的倍数为单位，我们可以得到每个片段可以携带的最大数据字节数是180/8=22。。。。。4，因为数据字节应该是整数，我们应该对每个数据字节使用22，每个片段会剩下4个字节，太可惜了直接丢弃掉。
ip片段=228=176字节
我们应该携带600字节的内容作为一个IPpacket：600/176=3…72
20+176=196
20+72=92
所以我们有3组196字节和1组92字节，它们的Mf=为0
IP packet = 600 data bytes
MTU (maximum transmission unit)= 200 bytes
IP header = 20 header bytes
(as the IP header is at least 20 bytes it results)
Maximum possible data length per fragment = MTU – IP header = 200 – 20 = 180 bytes.
For the reason that ip fragments’ data length must be in multiples of 8 bytes, we can get the maximum number of data bytes that can be carried per fragment is 180/8=22.5 because the data bytes should be integer we should use 22 for each data byes.
ip fragments=228=176 bytes
We should carry 600 bytes ’ content as an IP packet:600/176=3…72
20+176=196
20+72=92
So we have 3 groups of 196 bytes and 1 group with 92 bytes whose Mf=0
so this is the result:
当我们有3组196 bytes和1组92 bytes的TCP报文时，我们的fragment offset（也就是数据偏移）应该为下表所示（只算前不算后，统计之前的有效信息是多少组的8 bytes），而MF就记住哪一段是最后一段给它标0就行了。Fragment Offset表示的是有效信息里含了多少个8字节的单位(8 bytes as a unit)
The sequence is like this:
Total length Fragment Offset(8 bytes as a unit) Fragment FLAG
Fragment 1 196 0 1
Fragment 2 196 22 1
Fragment 3 196 44 1
Fragment 4 92 66 0

2.已知子网掩码和一个IP地址，对IP子网段的计算：
A host in an organization has an IP address 150.32.64.34 and a subnet mask 255.255.240.0. What is the address of this subnet? What is the range of IP addresses that a host can have on this subnet?
[4 marks]
ANSWER:
address of this subnet=IP address “and” subnet mask

10010110 00100000 01000000 00100001
AND 11111111 11111111 11110000 00000000
result: 10010110 00100000 01000000 00000000
In the decimal is 150.32.64.0

the range of IP addresses that a host can have on this subnet:
法一：256-240=16=24 so 4+8=12 is the host digits. 212=4096. 4096-2=4094
4094/256=15 …254
64+15=97
So IP address is from 150.32.64.1 to 150.32.79.254
法二：将子网掩码取反后 或运算 with IP地址 得到广播地址 150.32.79.254
子网地址到广播地址的范围就是可分配地址的范围

已知拥有的IP地址，计算子网掩码CIDR（无类别域际路由选择）
3.A small ISP owns the following networks: 128.56.24.0/24, 128.56.25.0/24, 128.56.26.0/24, 128.56.27.0/24. Perform CIDR aggregation of these networks.

ANSWER:
24=11000 25=11001 26=11010 27=11011
These demonstrate:110xx the variable digits:2
So the total variable digits are :32-24+2=10
How many digits are “1” in the mask: 32-10=22
SO the mask is 128.56.24.0/22

Details:
128.56.24.0/24 =10000000.00111000.00011000.00000000
128.56.25.0/24 = 10000000.00111000.00011001.00000000
128.56.26.0/24 = 10000000.00111000.00011010.00000000
128.56.27.0/24 = 10000000.00111000.00011011.00000000
Mask = 11111111.11111111.11111100.00000000
The resulting prefix is 128.56.24.0/22

如何描述排队时延的决定因素是什么呢？ 即 流量是周期性到达（有序不堵塞） 还是突发性到达（阻塞导致产生连锁效应，不断阻塞）
如果⽤ a 表示分组到达队列的平均速率（ a 的单位是分组/秒，即
pkt/s）前⾯说过 R 表示的是传输速率，所以能够从队列中推出⽐特的速率（以 bps 即 b/s 位单位）。假设所有的
分组都是由 L ⽐特组成的，那么⽐特到达队列的平均速率是 La bps。那么⽐率 La/R 被称为 流量强度(traffic
intensity) ，如果 La/R > 1，则⽐特到达队列的平均速率超过从队列传输出去的速率，这种情况下队列趋向于⽆限增加。所以，设计系统时流量强度不能⼤于1。
现在考虑 La / R <= 1 时的情况。流量到达的性质将影响排队时延。如果流量是 周期性 到达的，即每 L / R 秒到达⼀个分组，则每个分组将到达⼀个空队列中，不会有排队时延。
每组的bit长度*到达缓冲区的速度/输出给下一个节点的比特率
如果流量是 突发性 到达的，则可能会有很⼤的平均排队时延。⼀般可以⽤下⾯这幅图表示平均排队时延与流量强度的关系

吞吐量：传播x比特的文件用了T秒，吞吐量=X/T，等同于比特率的计算，单位也是bps。

8层传输模型：应用层（表示层、会话层）、传输层、网络层、数据链路层、物理层。

应用层就是 打包工人，负责把小程序的数据编码解码成通信中的编码，把货物进行封装。 数据在传输层被完整的接收后，会传递给由端⼝号识别的应⽤程序进⾏处理。也就是传输层按端口号把数据拿给对应的应用层端口：“你帮我看看这写的是啥啊。”于是应用层说：“好的，我帮你套接字也就是socket，从这这叫做AIP应⽤

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