Chapter 1 Introduction

本章沿着“网络由什么组成、数据如何传输、性能如何衡量、协议如何组织”建立整体框架，为后续逐层学习协议作准备。课程背景见 Chapter 0 Overview。

1.1 什么是计算机网络

单台计算机可以独立计算；当多台设备需要通信、交换数据和共享资源时，就需要把它们连接成网络。

定义：计算机网络（Computer Network）

由通信链路连接、能够按照协议交换数据的计算机和其他设备的集合。各设备具有自主运行能力，通过网络实现通信与资源共享。

Internet 是计算机网络的一个重要实例，但“计算机网络”还包括局域网等其他网络；Web 则是运行在 Internet 之上的应用。

1.2 什么是 Internet，什么是协议

理解 Internet 可以从两面入手：它由哪些部件构成，以及这些部件共同向应用提供什么服务。

1.2.1 从组成看 Internet

Internet 的基本部件包括终端设备、通信链路和分组交换设备。

部件	作用	例子
主机／端系统（host / end system）	运行网络应用，产生或接收数据	PC、手机、服务器、联网设备
通信链路（communication link）	在相邻设备间传输数据	铜线、光纤、无线电、卫星链路
分组交换设备（packet switch）	将分组转发到下一段链路	路由器、交换机

Internet 是“网络的网络”：家庭、校园、企业和移动网络等，通过 ISP（Internet Service Provider，互联网服务提供商）及 ISP 之间的互联连接起来。它没有一个统一管理所有内部细节的中心。

不同设备要能互通，必须遵循共同的协议。IETF（Internet Engineering Task Force）推动 Internet 标准的制定，RFC（Request for Comments）文档记录协议规范及相关技术内容；RFC 并非全部都是正式标准。

1.2.2 从服务看 Internet

对应用而言，Internet 提供通信基础设施，支撑 Web、邮件、语音、游戏等服务。应用通过编程接口请求发送和接收数据，不必自行实现每一段物理链路。

服务描述的是“向上层提供什么能力”；协议描述的是“通信各方如何交互来实现这些能力”。不同服务可以提供不同的可靠性、时序等性质。

定义：协议（Protocol）

规定通信实体之间交换消息的格式、次序，以及发送或接收消息、发生其他事件时应采取的动作。

协议同时约定消息长什么样、先后如何进行、收到后如何响应。HTTP、TCP、IP 和 IEEE 802.11 分别处理不同层次的通信问题。

例子：协议不仅规定消息格式

人类问时间时，可以先打招呼，再提问，再回答。网络通信也有相应的交互规则：以使用 TCP 的 HTTP 通信为例，先建立 TCP 连接，再发送 HTTP 请求、接收响应。

只知道某个请求的字节格式，还不足以确定何时发送、收到后如何处理、出错后怎么办。

1.3 网络边缘：端系统、接入网络与物理介质

应用运行在网络边缘的端系统上，端系统经接入网络连接到边缘路由器，再通过网络核心到达其他网络。

flowchart LR
    accTitle: 端系统之间的数据路径
    accDescr: 源端系统通过接入网络连接到边缘路由器，经过网络核心和目标侧接入网络到达目标端系统。
    source_host["源端系统"] --> source_router["接入网络与边缘路由器"]
    source_router --> network_core["网络核心：互联路由器"]
    network_core --> destination_router["目标侧接入网络"]
    destination_router --> destination_host["目标端系统"]

客户端通常发起请求，服务器提供服务；服务器常部署于数据中心。边缘负责运行应用，核心负责将数据向目的地转发。

1.3.1 物理介质

比特要通过物理信号在发送端与接收端之间传播。按信号是否沿实体介质受到引导，可分为导引型和非导引型介质。

介质	主要特点	典型用途
双绞线（twisted pair）	绝缘铜线成对绞合，减小电磁干扰；成本低	电话线、以太网布线
同轴电缆（coaxial cable）	同轴结构与屏蔽提供较好的带宽和抗干扰能力	有线电视、HFC、早期以太网
光纤（fiber optics）	用光信号传输；带宽大、衰减低、抗电磁干扰	长距离骨干、接入与高速互联
无线电（radio）	电磁波在空间传播；受到反射、遮挡和干扰影响	WiFi、蜂窝网络、微波、卫星

双绞线、同轴电缆和光纤属于导引型介质，无线电属于非导引型介质。光纤纤芯的折射率高于包层，利用全内反射约束光的传播。

同轴电缆的基带传输（baseband）将介质用于一个信道；宽带传输（broadband）可划分多个频率信道。介质本身、使用的标准和传输距离共同影响可实现的速率。

1.3.2 带宽与数据率

比较接入方式前，先区分两个性能概念：物理介质能通过哪些频率，以及它每秒能传多少比特。

定义：频率带宽与数据率

• 频率带宽 $B$：信道能够有效传输而不被严重衰减的频率范围的宽度，单位为 Hz。
• 数据率 $R$（data rate / bit rate）：每秒能够传输的比特数，单位为 bit/s，也写作 bps。

一个信号包含不同的频率分量。若信道带宽太窄，部分分量被强烈衰减，接收到的波形就会失真。带宽、噪声和所用传输方式共同影响可达到的数据率，不能把 Hz 与 bit/s 直接等同。

结论：香农容量公式（Shannon's Theorem）

在带限加性高斯白噪声信道模型下，带宽为 $B$ Hz、信噪比为 $S/N$ 的信道，其理论最大数据率为

$$R_{\max }=B{\log }_2\left(1+\frac{S}{N}\right).$$

$S$、$N$ 分别为信号与噪声功率，$S/N$ 使用线性比值，$R_{\max }$ 的单位为 bit/s。

在信噪比不变时，增大带宽可以提高容量；在带宽不变时，增大信噪比也可提高容量，但呈对数增长。这是理论上限，具体系统的实际速率可能更低。

补充例题：Hz 如何与 bit/s 联系起来？

设 $B=1\text{ MHz}$、$S/N=15$，则

$$R_{\max }=10^6{\log }_2(16)=4\times 10^6\text{ bit/s}=4\text{ Mbps}.$$

得到 4 Mbps 需要同时使用带宽和信噪比条件，不能仅由“1 MHz”推出。

网络性能讨论中，“链路带宽”也常用来指链路速率，单位是 bit/s；后文的 $R$ 都采用这一含义。计算中采用 $1\text{ byte}=8\text{ bit}$、$1\text{ Mbps}=10^6\text{ bit/s}$。

1.3.3 接入网络

接入网络解决“端系统如何连接到第一个路由器”。比较接入方案时，要关注接入速率，以及资源由单个用户独享还是由多个用户共享。

接入场景	典型方式	资源特点
家庭接入	住宅接入网络连接 ISP	是否共享取决于具体技术与网络段
企业／校园接入	端系统接以太网交换机，再接机构路由器	单条主机链路可独享，上联仍可能共享
无线局域网	终端经 AP（Access Point，接入点）接入	共享无线信道，典型技术是 IEEE 802.11
广域移动接入	终端经运营商基站接入	覆盖范围较大，典型技术是 LTE、5G

以太网的示例速率包括 10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps、10 Gbps；早期 WiFi 的示例包括 11、54、450 Mbps。这些是特定标准下的标称速率，不等于每个用户的实际吞吐量，也不代表技术上限。

1.4 网络核心：交换方式与 Internet 结构

数据进入网络后，需要经过相互连接的路由器。核心问题是：多个通信过程怎样共享链路资源，数据怎样逐段前进？

1.4.1 电路交换（Circuit Switching）

电路交换在通信开始前先建立连接，为一次通信预留端到端资源，例如各段链路上的一部分传输能力。

资源分给该连接后，即使暂时没有数据，其他连接也不能使用这份预留资源。因此性能较稳定，但突发通信中的空闲时间会造成浪费。

预留资源可以按频率或时间划分：

方式	资源如何划分	一个用户如何使用	主要开销
FDM（Frequency Division Multiplexing，频分复用）	不同用户占不同频带	可持续使用自己的频带	需要频带隔离，通常留保护频带
TDM（Time Division Multiplexing，时分复用）	时间划分为循环的帧与时隙	仅在自己的时隙使用链路	需要时间同步，可能等待下一时隙

这里的 TDM 是固定分配时隙：某用户暂时不发送，它的时隙也不会自动分给其他用户。两种方式都可以为连接预留固定份额。

1.4.2 分组交换与统计复用

数据通信常有突发性：用户发送一阵后就暂停。分组交换把数据流分成分组（packet），让不同用户按实际需要共享链路。

一个分组被发送时，以该输出链路的完整传输速率占用链路；其他分组等待，而不是每个用户始终固定占据其中一份速率。如果到达的总需求超过链路处理能力，就会排队，缓冲区满时还会丢包。

定义：统计复用（Statistical Multiplexing）

根据实际到达的数据动态分配共享资源，不为每个用户预先固定保留周期性时隙或带宽份额。不同用户分组的交错次序由实际需求与调度决定。

统计复用利用“并非所有用户总在同时发送”这一特点，提高资源利用率；它不保证每个用户随时都能得到自己的峰值速率。

比较项	电路交换	分组交换
资源分配	通信前预留	按分组需求共享
用户空闲时	预留份额可能闲置	其他用户可利用链路
高负载时	资源不足可能无法建立新连接	分组排队，缓冲区满时丢失
时延特点	建立后传输较可预测	排队时延随负载变化

例题：为何分组交换可以容纳更多用户？

链路速率为 $1\text{ Mbps}$，每个用户活跃时需要 $100\text{ kbps}$，且在任一时刻活跃的概率为 $0.1$。

电路交换为每人预留峰值速率，最多支持

$$\frac{1\text{ Mbps}}{100\text{ kbps}}=10\text{ 人}.$$

分组交换若接入 35 人，并假定各用户是否活跃相互独立，则同时活跃人数 $X\sim \mathrm{Binomial}(35,0.1)$。需求超过链路速率的概率为

$$\mathrm{Pr}[X>10]=\sum _{i=11}^{35}\left(\genfrac{}{}{0ex}{}{35}{i}\right)(0.1{)}^i(0.9{)}^{35-i}\approx 4.24\times 10^{-4}.$$

即约 $0.0424\%$。35 人的平均需求只有 $35\times 0.1\times 100=350\text{ kbps}$，但平均值本身不能排除短时拥塞，仍需考察同时活跃的概率。

这一数值是某时刻需求超出容量的概率，不直接等于丢包率；是否丢包还取决于持续时间和缓冲空间。

1.4.3 存储转发（Store-and-Forward）

在本章的存储转发模型中，路由器收到一个完整分组后，才能把它发到下一条链路。长度为 $L$ bit 的分组，以 $R$ bit/s 的速率发送到一条链路，需要 $L/R$ 秒。

对单个分组，若经过 $K$ 条链路，忽略传播、排队与处理时延，则

$$d_{\text{end-end}}=\sum _{i=1}^K\frac{L}{R_i}.$$

若各链路速率均为 $R$，则为 $KL/R$。要数的是链路数；$K$ 条链路之间有 $K-1$ 个中间转发节点。

例题：三条链路的存储转发

一个 $L=7.5\text{ Mbit}$ 的分组通过三条 $R=1.5\text{ Mbps}$ 的链路。每条链路需要 $L/R=5\text{ s}$，因此最后一个比特到达终点需要

$$d=3\frac{L}{R}=15\text{ s}.$$

第一台路由器要在第 5 秒收到完整分组后才开始转发，第二台在第 10 秒收到后再转发。

多个分组可以在不同链路上同时前进，形成流水线，因此不能将单个分组的 $KL/R$ 机械乘以分组数。

补充例题：等速链路上的分组流水线

将消息分成 $P$ 个等长分组，每个 $L$ bit，经 $K$ 条速率均为 $R$ 的链路。忽略其他时延、分组首部与竞争流量。

第一个分组经过全部链路需 $KL/R$；此后每隔 $L/R$，目的地收到下一个完整分组。因此全部接收完成的时间为

$$T=(K+P-1)\frac{L}{R}.$$

若 $K=3,P=4$，完成时刻依次为 $3L/R,4L/R,5L/R,6L/R$，而不是等到 $12L/R$。

1.4.4 Internet 是网络的网络

接入 ISP 把终端连接到 Internet，但不同接入 ISP 还必须互联，才能让它们的用户相互通信。

若 $N$ 个接入 ISP 两两直连，需要 $N(N-1)/2$ 条连接，规模按 $O(N^2)$ 增长，难以扩展。通过提供转接服务的 ISP 汇聚连接，可以减少这种直接互联的需求。

实际结构进一步包含：

• 转接 ISP（transit ISP）：为客户网络提供通往其他网络的连通性，双方通常有商业协议。
• 对等互联（peering）：网络之间直接交换约定范围的流量。
• Internet 交换点（IXP，Internet Exchange Point）：供多个网络互联、交换流量的设施。
• 区域网络（regional network）：汇聚接入网络，再连接其他 ISP。

因此 Internet 同时包含层次连接和横向互联，其结构受到技术、经济和政策影响，不能简单视为一棵严格的树。

1.5 网络性能：时延、丢包与吞吐量

分组交换按需共享资源，但数据无法瞬间到达，也未必总能被接收。分析性能时，要分别问“一个分组多久到达”“是否丢失”和“单位时间能传多少数据”。

1.5.1 四种节点时延

分组经过一个节点并前往下一节点时，可能经历处理、等待发送、把比特发上链路，以及信号沿链路传播四个过程。

定义：节点时延（Nodal Delay）

在本章模型中，一跳的节点时延为

$$d_{\text{nodal}}=d_{\text{proc}}+d_{\text{queue}}+d_{\text{trans}}+d_{\text{prop}}.$$

时延	含义	主要影响因素
处理时延 $d_{\text{proc}}$	检查差错、确定输出链路等	节点处理能力与处理工作
排队时延 $d_{\text{queue}}$	在输出队列中等待发送	到达流量、拥塞与前方积压
传输时延 $d_{\text{trans}}$	把整个分组的比特送上链路	分组长度与链路速率
传播时延 $d_{\text{prop}}$	信号从链路一端传播到另一端	链路长度与传播速度
![[Pasted image 20261017223134.png	520]]

设 $L$ 为分组长度（bit），$R$ 为链路速率（bit/s），$d$ 为链路长度（m），$s$ 为信号传播速度（m/s），则

$$d_{\text{trans}}=\frac{L}{R},d_{\text{prop}}=\frac{d}{s}.$$

传输时延取决于“发送多少、每秒能发多少”；传播时延取决于“走多远、信号走多快”。提高 $R$ 会减小 $L/R$，不会直接改变 $d/s$；分组更长也不会使信号在介质中传播得更慢。

1.5.2 传输与传播可以同时进行

第一个比特被送入链路后就开始传播，不必等整个分组发完。因此即使最后一个比特仍在发送端，第一个比特也可能已经到达接收端。

对一条链路，若忽略处理与排队，从开始发送到整个分组到齐的时间为

$$\frac{L}{R}+\frac{d}{s}.$$

存储转发要求的是“下一节点收齐分组后再向下一条链路转发”，与比特在当前链路上边发送边传播并不矛盾。

例题：收费站与车队类比

把一个分组看成 10 辆车组成的车队，一辆车对应一个比特。收费站每辆车服务 12 秒，两站相距 100 km，车速 100 km/h。

• 全部车辆通过第一站，需要 $10\times 12=120\text{ s}=2\text{ min}$，对应传输时延。
• 最后一辆车离开第一站后，还需 $100/100=1\text{ h}$ 到达第二站，对应传播时延。
• 从第一辆车开始服务，到车队全部到达第二站，共 $62\text{ min}$。

若车速改为 1000 km/h，每辆服务 1 分钟，则传播需 6 分钟。第一辆车在第 $1+6=7$ 分钟到达第二站，此时第一站还未送走全部车辆。

补充例题：分组长度和距离分别影响哪种时延？

设 $L=1500\text{ byte}=12000\text{ bit}$，$R=10\text{ Mbps}$，$d=1000\text{ km}$，$s=2\times 10^8\text{ m/s}$。

$$d_{\text{trans}}=\frac{12000}{10\times 10^6}=1.2\text{ ms},d_{\text{prop}}=\frac{10^6}{2\times 10^8}=5\text{ ms}.$$

全部分组到达需 $6.2\text{ ms}$。若速率提高到 100 Mbps，传输时延变为 $0.12\text{ ms}$，传播时延仍为 $5\text{ ms}$。

多跳路径的端到端时延，要把各跳的相关时延相加：

$$d_{\text{end-end}}=\sum _{i=1}^K\left(d_{\text{proc},i}+d_{\text{queue},i}+\frac{L}{R_i}+\frac{d_i}{s_i}\right),$$

其中不存在的处理或排队项取零。忽略相应项，才得到前面的单分组存储转发公式。

1.5.3 排队时延与流量强度

链路一次只能发送有限的数据。即使平均到达流量不大，多个分组也可能集中到达，导致后来的分组等待。

设平均分组到达率为 $a$（分组/s），分组长度为 $L$（bit），输出链路速率为 $R$（bit/s），则平均到达比特率为 $La$，流量强度（traffic intensity）为

$$\rho =\frac{La}{R}.$$

• $\rho$ 接近 0：链路较空闲，平均排队时延通常较小。
• $\rho$ 从下方接近 1：在随机、突发到达下，平均排队时延通常显著增大。
• $\rho >1$ 持续存在：到达工作量超过处理能力；在无限缓冲模型中，积压不能稳定，队列会不断增长。

$\rho <1$ 不表示没有排队；流量到达的时间分布也很重要。仅知道 $L,a,R$，一般不能唯一确定平均排队时延。

1.5.4 丢包（Packet Loss）

真实路由器的缓冲空间有限。分组到达时如果缓冲区已满，就会被丢弃；因此短时拥塞也可能造成丢包，不必等到平均负载超过容量。

丢失分组是否重传，取决于使用的协议：可能由前一节点重传、由源端系统重传，也可能不重传。不能把“网络会丢包”与“所有分组最终都会被自动补回”混为一谈。

1.5.5 吞吐量与瓶颈链路

时延描述一次传输所需的时间，吞吐量描述数据传送的速率，两者并不是同一个指标。

定义：吞吐量（Throughput）

发送端与接收端之间单位时间实际传送的比特数，单位为 bit/s。可以考察某时刻的瞬时吞吐量，也可以用一段时间内传送的数据量除以时长，得到平均吞吐量。

在持续有数据发送、无其他流量竞争的理想模型中，经过速率分别为 $R_s,R_c$ 的两条链路，稳定后的端到端吞吐量受较慢的一条限制：

$$\text{throughput}=\min (R_s,R_c).$$

限制端到端吞吐量的链路称为瓶颈链路（bottleneck link）。多条串联链路的速率不能简单相加，也不能通过缩短其中一段距离消除其速率瓶颈。

若 10 条持续发送的连接公平共享速率为 $R$ 的核心链路，每条连接的服务器接入速率为 $R_s$，客户端接入速率为 $R_c$，则理想情况下每条连接的吞吐量为

$$\text{throughput}=\min \left(R_s,R_c,\frac{R}{10}\right).$$

“公平共享”是这里的模型假设，实际网络不一定恰好均分。链路标称速率给出传输能力，实际吞吐量还会受到共享、协议开销、拥塞等影响。

补充例题：找出一条连接的瓶颈

若 $R_s=20\text{ Mbps}$、$R_c=10\text{ Mbps}$，10 条连接公平共享 $R=50\text{ Mbps}$ 的核心链路，则每条连接获得

$$\min (20,10,50/10)=5\text{ Mbps}.$$

对 $F=100\text{ Mbit}$ 的长文件，忽略启动、传播与协议开销，传送时间约为 $F/\text{throughput}=20\text{ s}$。即使客户端接入升到 100 Mbps，共享核心链路仍把该连接限制在 5 Mbps。

1.6 协议分层与服务模型

前面已经涉及应用、路由器和物理链路等不同对象。分层将复杂通信任务拆成职责相对明确的部分，使某层内部实现的变化尽量不影响其他层。

1.6.1 为什么分层

每层向上一层提供服务，并使用下一层的服务。同层实体在逻辑上按照该层协议通信，实际数据则要经过下层传送。

分层的主要好处是职责清楚、便于讨论，以及模块化实现、维护和更新。只要服务接口与行为保持兼容，下层可以更换实现，上层不必跟着重写。

1.6.2 Internet 五层协议栈

从应用需求向下看，数据逐步转化为适合网络、链路与物理介质传送的形式。

层	核心任务	典型协议或技术	本章采用的数据名称
应用层（application）	支持网络应用及其消息交互	HTTP、SMTP、FTP	报文 message
运输层（transport）	进程到进程的数据传输	TCP、UDP	报文段 segment；UDP 常称数据报
网络层（network）	将数据从源主机送向目的主机，处理选路与转发	IP、路由协议	数据报 datagram
链路层（link）	在相邻网络节点间传输数据	Ethernet、IEEE 802.11、PPP	帧 frame
物理层（physical）	通过介质发送和接收比特信号	铜线、光纤、无线信号传输	比特 bit

运输层面向应用进程，网络层面向主机间交付，链路层面向相邻节点；三者解决的问题范围不同。

1.6.3 封装与解封装

发送端逐层向下交付数据时，各层加入完成本层任务所需的控制信息；接收端再逐层解释和去除相应信息。

设应用报文为 $M$，运输层、网络层、链路层首部分别为 $H_t,H_n,H_l$。用方括号表示字段依次拼接，简化的封装过程为

$$\begin{array}{rl}\text{message}& :M,\\ \text{segment}& :[H_t\mid M],\\ \text{datagram}& :[H_n\mid H_t\mid M],\\ \text{frame}& :[H_l\mid H_n\mid H_t\mid M].\end{array}$$

本层把上一层的数据作为负载（payload）。实际帧还可能有尾部等字段，以上形式只突出逐层封装的关系。

接收方从物理信号恢复比特，识别帧并去除链路封装，随后向上交给网络层、运输层，最后将应用数据交给相应进程。

中间设备处理到的层次不同：

• 普通二层交换机主要按链路层信息转发帧。
• 路由器需要处理物理层、链路层与网络层：接收输入帧，取出 IP 数据报，决定输出接口，再按输出链路重新封装。
• 源和目的端系统运行完整的端系统协议栈，处理应用数据。

所以链路层帧是逐跳传输的；同一个 IP 数据报跨越不同链路时，会被放进相应链路的帧中。路由器的普通转发不要求像目的端一样把数据一直交给应用层。

1.7 网络安全：网络会受到哪些攻击

Internet 早期的设计环境更偏向相互信任的参与者。如今设备和流量并不都可信，安全问题贯穿终端、协议与基础设施。

威胁	主要方式	后果
恶意软件（malware）	通过恶意附件、程序或漏洞感染主机	窃取信息、控制设备、继续传播
拒绝服务（DoS）	用大量流量或请求耗尽服务器、带宽等资源	正常用户无法使用服务
分布式拒绝服务（DDoS）	多个攻击源同时发起 DoS	分散地产生大规模攻击流量
分组嗅探（packet sniffing）	监听可见链路上的流量	泄露明文数据和敏感信息
IP 欺骗（IP spoofing）	发送带伪造源 IP 地址的分组	伪装数据来源，干扰可信判断

病毒（virus）通常依附于宿主文件或程序，随接收和执行而感染；蠕虫（worm）能够借助网络和漏洞自动传播。间谍软件可记录键盘输入、访问记录等；受感染主机还可能组成僵尸网络（botnet），被用于垃圾邮件或 DDoS。

共享介质上的节点可能观察到其他节点的流量，但“能抓到包”不等于“能解密内容”，也不表示任意位置都能看到全网流量。源 IP 地址本身同样不能充当可靠的身份认证。

1.8 Internet 历史与设计原则

Internet 从早期分组交换实验，发展为连接不同网络的体系，再走向商业化、移动化和大规模内容服务。历史有助于解释其互联方式与设计取舍。

阶段	主要进展
1961–1972：早期分组交换	排队论支持分组交换分析；ARPAnet 启动，1969 年首个节点运行；1972 年公开演示并发展早期主机协议与邮件应用
1970 年代：不同网络互联	ALOHAnet、Ethernet 等网络出现；Cerf 与 Kahn 提出网络互联体系，探索连接自主网络
1980 年代：协议与规模发展	1983 年 ARPAnet 切换到 TCP/IP；SMTP、DNS、FTP 等协议发展，1988 年引入 TCP 拥塞控制
1990 年代至 2000 年代：Web 与商业化	ARPAnet 退役；Web、浏览器、电子商务、即时通信和 P2P 推动普及，安全问题日益突出
2005 年以来的演进趋势	宽带与移动接入普及；社交网络、云服务发展；大型服务商建设自己的网络与基础设施

早期互联思想留下几条关键原则：

• 最小化改动与自治：不同网络可以保留内部实现，通过共同的互联机制通信。
• 尽力而为（best effort）：网络层尽力交付，不承诺每个数据报都按时、按序、无损到达。
• 无每连接状态的转发思路：普通数据报转发不要求核心为每条端到端连接建立电路状态；这不表示路由器没有路由表、队列等状态。
• 分散控制：由多个自主部分协作，不依赖一个全网统一控制中心。

这些原则把较复杂的功能留给适当的层次与端系统，也解释了为什么可靠传输、安全和服务质量需要进一步的协议机制。