了解基本术语与概念；掌握网络的基本原理；

什么是Internet？

网络指的是节点和边的关系。计算机网络是联网的计算机所构成的系统。

计算机中包括的节点：
主机节点（笔记本、联网机顶盒、STP，设备本身以及设备上的网络应用程序），是数据的源也是数据的目标。
数据交换节点（路由器【网络层】、交换机【链路层】）：既不是源也不是目标，负责转发数据。
链路：把节点和节点连接在一起。
边：通信链路，带宽
接入网链路（access）：主机连接到互联网的链路。
骨干链路（backhone）：路由器之间的链路。
协议：支持互联网工作的各种标准，根据层次不同可以分为不同的协议
物理层协议：many
链路层协议：many
网络层协议：IP…
传输层协议：TCP/ UDP
应用层协议：若干
从构成的角度来看，互联网是什么？
Internet：互联网是以TCP/IP协议为主的一簇协议来支撑起工作，互联网是根据一堆网络通过网络设备联系在一起的网络。
Internet标准：
IETF:因特网工程任务组，请求频数，以RFC文档的形式发布在IETF上。
从服务角度看，Internet是什么？
是分布式的应用进程，以及为分布进程提供通信服务的基础设施，基础设施包括：主机、应用层以下所有的应用实体、目标主机应用层以下的应用实体以及所有网络的部分。方式：API
面向连接服务：TCP
无连接服务：UDP

什么是协议

对等层的实体，在通信过程中，应该遵守的规则集合。协议规范的内容：语法语义时序动作。
协议控制发送、接收消息：IP/HTTP/FTP/PPP.
物理层协议：many
链路层协议：many
网络层协议：IP…
传输层协议：TCP/ UDP
应用层协议：若干

网络结构：网络边缘（edge）+网络核心（core）+接入网、物理媒体（access）

包括哪些，应用进程之间通讯的模式有几种

网络边缘：主机 / 应用程序（客户端和服务器）
网络核心：互连着的路由器 / 网络的网络
接入网、物理媒体：有线或者无线通信链路

网络的边缘

网络边缘就是分布式应用。应用层之下都是基础设施，为分布式应用提供通信服务。
应用进程之间通讯的模式：

CS模式：客户端服务器模式，eg： web浏览器 - web应用客户端；webserver - web应用服务器。服务器是主，先运行提供支撑；客户端是从，后运行请求所有资源都来自于服务器。缺点：随着请求载荷的增加，能力下降，但是CS模式会在达到一定程度的时候会断崖式下跌；可扩展性问题；可靠性问题。
P2P模式（peer：对等体）：每个节点即使客户端又是服务器，随着节点增多，请求资源的节点增多，提供资源的节点也随之增多，且是分布式通信，没有可扩展性问题。（迅雷、电驴等）。

网络应用使用基础设施提供的通信服务：

面向连接的通信方式：
- TCP向应用进程提供的服务；（HTTP，FTP 文件传送，Telnet 远程登录，SMTP [email]）
- 特点：两个应用进程在通信前要握手，两者做好准备，底层协议栈也要做好准备。
  面向连接：应用进程知道，且底层协议站TCP实体知道，网络不知道，通信的状态只是在端系统中维护。
  有链接：中间节点也要维持。
  TCP向上层提供服务特性：可靠的（上层传下什么下层就能接收到什么，不重复、不失序、不出错、不乱序）。在传输过程中受到干扰影响，靠TCP实体本身来避免这些情况；TCP可以缓存数据；TCP可以提供流量控制；TCP拥有拥塞控制的特性；
- UDP：用户数据报协议。（流媒体、远程会议、DNS、Internet电话、域名解析查询）两个应用进程两者通信是无连接的，两个应用进程不需要握手，提供的服务叫做“无连接服务”。特点：无连接、不可靠（容易丢失，没有流量控制和拥塞控制）、无拥塞控制和流量控制。优点：速度快，节约成本，没有连接可以直来直往。适合网络实时多媒体应用。

接入网、物理媒体

媒体形式？工作方式是什么，工作原理？

接入网的作用
端系统通过接入网连接到网络核心；
接入网的重要指标：带宽（bps）；
共享 / 独享：通过光纤接入网络设备是独享；通过有线接入公司接入网络是共享。
接入网的接入方式：
1. 住宅接入网络（modem）：
  有线接入方式；将上网数据调职加载音频信号上，在电话线上传输，在局端将其中的数据解调出来，可以互相转换子计算机的数字信号和电话的脉冲信号，反之；缺点：以56kbps速率直接接入路由器；不能同时上网和打电话。传说中的光猫。通过端口上网下网都可以。
  - 接入方式：光纤 ===> 同轴电缆
2. 单位接入网络：有线接入方式；
3. 无线接入网络：
  通过WLan标准，通过IP，通过路由设备，通过mo向互联网传输；端系统到无线路由器，通过基站或者叫接入点
  - 无线局域：无线Lans 建筑内部；4G、5G方式通过移动基站的方式接入到互联网，5G密度更大，接入带宽更高但耗电量更大；一百英尺左右可以将周围设备连接在一起叫做WIFI。
  - 无线广域：由电信运营商提供；
物理媒体
- 物理媒体指的是第0层；媒体：发送和接收两个节点，在相邻节点中传输比特；物理链路：将两个节点连接在一起的介质。
  导引型媒体：看得见的媒体，传输的光和电磁波都局限于媒体内部，常见媒体：双绞线、同轴电缆、光纤。光纤中传播的信号是光信号而不是电磁波信号，所以很难受到电磁波的干扰，所以误码很低；另外一方面也比较安全，光信号被完全束缚在导体中；
  非导引型媒体：看不见的媒体，在开放的空间传输电磁波，常见：卫星等。在开放空间里传播电磁波信号，随着传输距离增加信号强度随着距离成反比且受到的介质影响很大。无线链路类型：卫星、wide-area（蜂窝）、LAN（WIFI）、地面微波。。。

网络核心：分组交换、线路交换

最主要的作用是什么（数据交换），组成是什么，怎么工作，功能如何实现

网络核心的组成：由交换节点和交换节点以及链路组成网络核心。
网络核心作用：数据交换的功能，源主机发出正确发送到目标主机。
网络核心的关键功能：
1. 转发：将分组从路由器的输入链路转移到输出链路（存储 - 查路由表 - 转发）。
2. 路由：决定分组采用的源到目标的路径，路由实体算出路由表，运行的路由模块和其他路由交换信息算出，所以路由是全局的，转发是局部的。
怎么通过网络进行传输交换？
1. 电路/线路交换（Circuit switch）：
  多用于电话网，传统电话网络。打电话之前需要建立起和目标电话的电路连接，固网的电话在通信之前需要建立起物理线路，线路建立完成之后两者通讯。
  主机之间通信需要通过信令系统（信号），在网络核心中为两者之间的通讯分享一条独享的线路：交换节点之间的链路比较粗，带宽较大，可以分为若干个piece 片，从源到目标的独享线路（每个呼叫一旦建立起来就能够保持其性能）；如果建立起连接没有数据发送，被分配的资源就会被浪费。
- 预留端 - 端资源：
  通信之前两个主机将耗费线路建立的时间。
- 交换节点之间的线路被分为若干个piece：
  频分（FDM）：交换节点之间的链路，带宽比较宽，其有效通信覆盖范围通过频分多路复用的方式可以划分为若干个小片，两个主机通信之前找到空闲的两片。
  时分（TDM）：节点和节点之间通信能力，按照时间来分，将通信能力分解为一个个以T为单位的周期，在每个T中分为若干的小片（24 / 32片），每个周期的第一片被一个用户使用，第二片被第二个用户所使用，以划分时间片的方式可以把节点和节点之间的通信能力划分为若干小片。
  波分 (WDM) ：光通信。采用光纤通信，节点之间可用的波段可以分为若干小的波段，每个用户使用其中的一个小波段，可以采用这种方式将大带宽的通信分为若干小带宽。
  码分（CDMA）：一般用于接入的方式。
- 电路交换不适合计算机之间的通信：
  1. 建立时间过长；
  2. 可靠性不高？需要维护多个piece之间的映射关系，一旦宕机都玩完，最核心节点一旦被损毁会影响到大范围主机。
  3. 计算机之间通信由突发性，如果使用线路交换，则浪费的片较多。
1. 分组交换（package switch）：
  互联网几乎所有网络采用的分组交换。以分组为单位，通过存储转发的方式进行交换。计算机的通信具有突发性，不适合于电路交换。节点之间的通信链路不再细分为piece带宽全用；主机之间的通信数据分为一个个packet；以packet为单位在每一个交换节点当中存储转发的方式来进行。
- 主机和主机之间的通信，在越过每个一通信链路的时候，每一跳不再使用1/24的piece，而是使用其带宽的全部。
- 主机和主机之间通信的数据被分为一个个单位，单位称之为分组（packet），A B 之间通信，文件达成一个个packet，包在越过每一个通信链路的时候使用带宽全部，在经过每一个节点进行存储转发（使得其他链路可以复用）的方式把文件从源主机传送到目标主机中。
  好处：按需使用，共享。
  缺点：在每个交换节点中耽误的延迟要比线路交换多，分组交换中要把整个分组完全存下来然后再转发，但是换取了共享性好处。
- 排队和延迟：
  到达速率 > 链路输出速率 - 分组会排队，等待传输 / 如果路由器缓存用完，分组会被抛弃。
- 时分多路复用：分组交换划分packet的方式是随机的，称之为统计多路复用（特殊时分）。
- 分组交换根据网络层是否有链接分为两种方式：
  1. 数据报网络：源主机发向目标主机的分组，写的目标主机的完整地址；交换节点收到该分组根据每个分组携带的目标主机完整地址来存储转发，不需要维护主机之前的通信状态；两个主机在通讯之前不需要握手，每个分组的传递都是独立的。无状态路由器，不维护主机间通讯状态。
  2. 虚电路网络：主机和目标主机通信之前需要握手，在交换节点之间保持通讯状态，建立起一条虚拟线路，每个分组携带一个虚电路号，每个分组根据虚电路号来标识，到交换节点之后再进行存储转发。虚电路靠信令建立起来。
分组交换VS线路交换
1. 分组交换是突发数据的胜利者：共享；简单不用建立呼叫。
2. 过度使用会造成网络拥塞：分组延时和丢失；网络使用情况很多，当网络出现拥塞就会丢包；不能滥用分组交换。

Internet结构和ISP

ISP（Internet service providers）：把关系比较密集在同一个网络当中的设备成为ISP网络，互联网由很多ISP组成。

互联网络结构：网络的网络
1. 任何一个端系统都是通过接入ISP接入到互联网。因此有很多接入的ISP（住宅、大学、家庭的ISP）
2. 接入ISP是互联的
- 将每两个ISPs直接相连是不可扩展的，需要O(N^2)连接。
- 将每个接入ISP都连接到全局ISP（global ISP），客户ISPs和提供者ISPs有经济合约。
- 有多个ISP竞争；同时也有合作，通过ISP之间的合作可以完成业务的扩展，对等互联（peering link）的结算关系。
- regional net：区域ISP细分服务。
- ICP：
  内容提供商网络可能会构建自己的网络，将他们的服务、内容更加靠近端用户，向用户提供更好的服务（ISP 无法向全球用户提供高质量服务）并且减少自己的运营支出(ISP收取费用太高)。ICP数据机房部署在离一些ISP数据中心机房比较近的地方，用户访问之后可以很快返回，如果需要业务在一个地方没有就通过专用线缆访问其他的数据中心机房，可以很快返回提高速率。
  互联网的角色很多：端系统、终端用户、互联网服务提供商(ISP)：提供网络、互联网内容提供商：（internet content providers eg：Google、baidu）提供上层业务。
Internet结构
- 松散的层次模型
- 第一层ISP（tier 1）完成全球、全国范围内的覆盖，点很少但带宽很高，点（IXP：Internet exchange point）成本高。通过peer 或 ISP 连接在一起
- 第二层ISP （tier 2）更小些（通常是区域性的）的ISP，与一个或多个第一层ISPs，也可能与其他第二层ISP
- 第三层ISP与其他本地ISP （local）接入网，与端系统最近，也称之为local ISP。本地用户访问只使用本地数据中心机房的服务就很快可以达成，若是使用地图等服务，需要通过ISP接入到数据中心机房，再通过专网接入其他数据中心机房，服务器响应协同后再返回。
ISP 之间的连接
1. POP（point - of - presence）：高层ISP面向客户网络的接入点，涉及费用结算。比如：一个低层ISP介入多个高层ISP，多宿。
2. 对等接入：两个ISP 对等互接，不设计费用结算
3. IXP（Internet exchange point）：多个对等ISP互联互通之处，通常不设计费用结算。比如：对等接入（peering link）
4. ICP：自己部署专用网络，同时和各级ISP连接。

分组延时、丢失和吞吐量

分组交换比线路交换会有延迟、丢弃

分组交换丢失和原因到底是什么？
在路由器中每条链路都对应相应的队列，分组通过查路由表决定通过哪条链路向外走，如果当前链路上没有分组在传输就可以传输；如果当前链路上有其他分组在传输需要排在队列当中；如果队列中的分组较多，队列溢出，则分组将被丢失。
四种分组延时
1. 节点处理延迟：（一般来说时间是确定的）
  检查分组首部和决定分组导向何处；
  检查bit级差错
2. 排队延迟：（时间随机，取决于当前网络情况）
  在输出链路上等待传输的时间；
  依赖于路由器的拥塞程度；
3. 传输延时：
  R = 链路带宽（bps）
  L = 分组长度（bits）
  分组发送到链路上的时间 = L / R
4. 传播延时：
  d = 物理链路的长度，两个路由器之间链路的距离；
  s = 媒体上的传播速度（电磁波的速率）
  传播延迟 = d / s

协议层次、服务模型

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