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  • Internet 基本概念
    • 什么是 internet，组合，服务，协议
    • 网络边缘、网络接入（家庭、公司、无线）、网络核心
    • 电路交换、分组交换、虚电路
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      • 有用来转发包的路由器
  • Internet是网络的网络
    • network of networks

因特网组成

网络边缘

即端系统，因为它们位于网络的边缘（end point） end system - (host)

网络接入

指从端系统，接入到其 边缘路由器 的网络

家庭接入

  • Dialup via modem
    • 拨号上网
  • DSL： digital subscriber line
    • 电话公司作为 ISP
    • Dedicated physical line to telephone central office
  • HFC： hybrid fiber coax
    • Homes share access to ISP router
    • Deployment： cable TV campanies
      • 有线电视公司推动

公司接入

  • LAN(Local Area Networks)
  • Ethernet

网络核心

  • The network core 定义：有一系列高容量高速度的网络设备和路由器组成，实现数据在不同网络之间的转发和路由功能
  • 交换机 (packet switch)
    • 路由器 router
    • 链路层交换机 link-layer switch

[!example] A 笔记本电脑； B 手机； C 路由器； D 双绞线；E 智能家具； F 无线路由器； G 服务器； H 同轴电缆； I 光纤；J 交换机

  • 网络边缘：
    • A, B, E, G
  • 接入网络
    • D, H, I, F
    • 这里要额外注意，无线路由器本质是一种从边缘到网络的 “链接”，即猫🐱，不具有真正网络核心的路由转发功能。
  • 网络核心
    • C, J

交换方式

  • 电路交换 (传统电话网)(circuit switching)

  • image.png|300

    • Resource reserved per connection
      • 资源预留，通话期间独占资源，有保障，建立物理通讯路径
    • Admission control: per connection
      • 针对每个连接进行控制
    • 通讯时延小，有序传输，没有冲突
    • 时延
      • 通话建立时延
    • 问题：线路复杂、资源浪费、建立连接增加时延、没有错误控制（无法纠正）
    • 分组交换 (packet switching)

    • image.png|300

    • packet treated independently, on-demands

      • 按需传输，资源充分利用，每个数据包（将较长的报文划分为一系列数据包进行传输）独立处理、传输
    • 针对每个数据包进行控制，每个数据包的传输路径可能不同
    • 时延
      • 分组传输时延
    • Pros
      • 无建立时延，线路利用率高
      • 容易实现
      • 鲁棒性高（route around trouble）
    • Cons
      • 存在拥塞、丢包、顺序问题
    • 虚电路(virtual circuits)
    • Circuit Switchng + Packet Switching
    • 实现方式
      • In the first step a medium is set up between the two end nodes.
      • Resources are reserved for the transmission of packets. (资源预留)
      • Then a signal is sent to sender to tell the medium is set up and transmission can be started.
      • It ensures the transmission of all packets.
      • A global header is used in the first packet of the connection.
      • Whenever data is to be transmitted a new connection is set up.
    • 结合两种方法，建立逻辑连接（而不是物理连接），以分组的形式传输数据（建立连接-数据传输-断开连接）传输过程中分组不再需要持有目的地址
    • 适合需要长时间，频繁数据交换的情况
    • 建立时选择路径，数据包按照相同的路径进行传播
    • 提供质量保证和资源预留，按序到达，又充分利用资源
    • 在包上添加特殊标记告知路由器保留资源，建立 vc，相应的路由器也需要有虚电路表，用于进行特殊转发
    • 路由器会对具有特殊标识的包特殊转发
    • 简单理解
      • 是通过包的特殊标记和路由器的虚电路表，建立虚拟的逻辑连接，然后进行 转发
    • 时延：
      • 分组传输 delay+呼叫建立 delay
    • Pros
      • 传输可靠
      • 包到达有序
    • Cons
      • 实现困难，成本高

基础知识

时延

处理时延

  • check header
  • decide to forward the packet to where
  • check checksum

排队时延

  • 在传输队列，当 packet 在链路上等待 传输，经受 排队时延

传输时延

这是将分组的所有比特从路由器 \(A\) 推向链路的一个过程，可以理解为发车，发射 。

传播时延

当一个比特被推向链路后，需要向路由器 \(B\) 传播。 这个传播时延依赖于链路的效率（双绞铜线 vs 光纤） 计算为 dst/s - dst：链路的距离，A 和 B 的距离 - s：链路的传播效率

协议体系结构

  • 多层协议体系结构的必要性
    • 利用分层的体系结构，我们可以讨论一个大而复杂的系统中定义良好的特定部分。
    • 这种简化由于提供了 模块化 而具有很高的价值，使得某层的服务实现易于改变
      • 模块化方便维护，更新系统
    • 对于一个大而复杂且需要不停更新的系统，改变一个服务的实现，而不影响其他组件是分层一个重要优点
  • OSI 和 TCP/IP 模型
    • 各层名称、层次之间的关系，以及各层对应功能
    • 两种不同模型的层次之间的对应关系
    • OSI
      • 物理层、链路层、网络层、传输层、会话层（session）、表示层(presentation)和应用层。
        • 层之间的关系
          • 每一层都依赖下一个更低的层来实现更原始、早期（Primitive）的功能
          • 每一层都为下一个更高的层提供服务
        • 物理层：
          • 负责将比特流转换为物理信号，并在网络中进行传输。
        • 链路层：
          • 将数据划分为帧并进行传输。处理物理地址（如 MAC 地址）的寻址和访问控制。（相邻节点传输）
        • 网络层：
          • 负责将数据报从源主机传输到目标主机，实现数据的路由和转发。处理逻辑地址（如 IP 地址）的寻址和路由选择（TCP/IP 中网络层为无连接的）
        • 传输层：
          • 提供端到端的数据传输服务。可靠传输、拥塞控制、流量控制等。报文段
        • 会话层：
          • 允许不同主机上的各个进程之间进行会话，并在连接上有序地传输数据
        • 表示层：
          • 表示层主要处理在两个通信系统中的信息交换方式，如数据压缩、加密解密等
        • 应用层：
          • 提供各种应用程序使用的协议和服务。处理数据，与用户交互
      • 每一层都是在上一层的基础上加上一个控制头，得到新的数据单元，再向下一层传输，上层的 PDU 作为本层的 SDU，加上本层的 PCI 得到本层的 PDU 再继续向下传递
      • PDU (Protocol Data Unit)
        • 是特定协议层处理后的数据单元。每一层的 PDU 包含了该层的协议控制信息（PCI）以及从上一层接收到的服务数据单元（SDU）。
      • SDU (Service Data Unit)
        • 是一层从上一层接收到的数据，表示该层需要处理的内容。
        • SDU 是“裸数据”，尚未被当前层的协议处理。当前层会将其封装为自己的 PDU。
      • PCI (Protocol Control Information)
        • 是为实现协议功能而附加到 PDU 上的信息，比如序号、地址、校验码等。
        • PCI 通常包括控制头（Header）和尾部（Trailer）。
    • TCP/IP
      • 将 OSI 的会话层、表示层、应用层统一为应用层
      • 广泛运用
      • 物理层、链路层、网络层、传输层、应用层
      • Application
        • FTP(File Transfer Protocol), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), HTTP
      • Transport
        • TCP, UDP
      • Internetwork
        • IP, routing protocols
      • Link
        • PPP, ETHERNET
      • Physical
        • bits "on the wire"