Computer network and the Interne

what is the Internet

利用通信信道将地理上分布的多个计算机系统连接起来，在相应网络协议的支持下，实现信息传送、资源共享和网络计算功能的系统

functions of computer networks

1. 信息传递：传送文本、图形、图像、声音……
2. 资源共享：共享信息资源、计算资源、存储资源
3. 网络计算：分布在不同地点的多台计算机共同完成一定的任务

classification by coverage

1. 体域网BAN：植入服装或附着在人体身上的网络。体内药品运输、病人健康监测
2. 个域网PAN：个人区域的近距离通信网络。蓝牙、NFC
3. 局域网LAN：办公楼群或一定场地内的网络。校园网络、企业内部网络
4. 城域网MAN：城市范围内所建立的计算机网络。有线城域网、无线城域网
5. 广域网WAN：覆盖多个城市或地区的网络。省电信骨干网
6. 星际互联网IPN：覆盖多个星球，向太空纵深发展的网络，传输延迟巨大

what is Internet

多个计算机网络连接而成的更大的网络，国际互联网，广域网
Outer node: hosts, running network apps, receive and send data
Inside node: routers and switches, forward data
Communication links: fiber, copper, radio

classification by node mobility

1. outer node和inside node分工明确，node移动性低的
   1.1. 国际互联网：中国1994年3月加入国际互联网
   1.2. 无线传感器网络：用于环境监测等，每个节点既可以收发数据，也可以替其他节点转发数据
   1.3. 光网络：光纤之父高锟
2. 移动通信系统：端系统移动，但是网络设备不动。手机
3. 卫星通信网络：路由器等网络设备放在不同卫星上，卫星之间组成网络
4. 移动自组织网络：每个节点既可以收发数据，也转发数据，随着节点移动，转发关系变化。车联网

application interaction

client/server model: client host requests, receives service from always-on server. Web browser/server, email client/server
peer-peer model: 每个节点都是客户机和服务器

how to connect end systems to edge router

1. home access network
   1.1. dialup via modem
   1.2. dialup via DSL(数字用户线)
   1.3. cable internet access(同轴电缆)
   1.4. fiber+Ethernet+wireless
2. Ethernet
3. wireless access networks

physical media

1. Twisted pair(双绞线)
2. Coax(同轴电缆)
3. Fiber(光纤)
4. Radio(无线电波)

network-core functions

routing(路由): determines source-destination route taken by packets
forwarding(转发): move packets from router’s input to appropriate router output

1. 电路交换
2. 分组交换

performance

1. delay
   1.1. 处理延迟：检查数据有误错误，选择路由器的端口
   1.2. 排队延迟：排队等待发送，输入队列中等待路由器内部处理
   1.3. 发送延迟：L/R
   L: the length of packets(报文长度)
   R: transmission rate(发送速率)
   1.4. 传播延迟：D/S
   D: the length of physical link
   S: propagation speed in medium

2. loss丢包
   存储转发排队时，缓冲区不够造成丢包
   通过调整缓冲区大小解决丢包问题
   缓冲区大，丢包少，排队时间变长，实时性降低
   缓冲区小，排队时间变短，实时性增高，丢包多

3. throughput吞吐量
   单位时间内端到端发送数据的数量
   存在瓶颈=—=

4. QoS服务质量
   4.1. Data: reliability, no loss
   4.2. Voice: real-time, small delay
   4.3. Video: high-speed, high throughput

functions

Four steps to build the network

1. Physical link between neighboring nodes
   1.1. Wired/wireless communication channel or media(物理层)
   1.2. Flow and Access control at the link(数据链路层，流量控制和访问控制)
2. Make remote nodes reachable
   2.1. Network addressing(网络编址，例如IP地址)
   2.2. Network routing and forwarding(路由和转发)
3. Meet data transport requirement of applications at end systems
   3.1. Reliability: keep in order, deal with loss(可靠性，有序，处理丢包)
   3.2. Real-time: reduce delay(实时性，减少时延)
   3.3. Throughput: assure bandwidth(带宽)
4. Deploy application and software

computer network architecture

1. 应用层：应用进程之间。HTTP、SMTP
   1.1. 数据单元：数据块Block、文件File、视频帧
2. 传输层：端到端之间。TCP、UDP
   2.1 数据单元：数据段
   2.2. 差错控制：可靠性
   2.3. 流量控制、拥塞控制
3. 网络层：考虑任意节点，主机与主机之间。IPv4、IPv6
   3.1. 数据单元：报文
   3.2. 网络编址
   3.3. 选择路由
   3.4. 拥塞控制
4. 数据链路层：只考虑相邻节点，点到点之间。PPP、CSMA
   4.1. 数据单元：帧Frame
   4.2. 差错控制：侦测可能发生在物理层的差错，尽力改正
   4.3. 流量控制：防止发送过快，相邻节点无法处理
   4.4. 介质访问控制：介质访问可能发生冲突
5. 物理层：在物理介质上传输比特流

对等层间协议关系，上下层间接口关系
为上层提供服务，使用下层的服务

what is protocol

1. 语法语义：定义格式
2. 时序问题：信息收发顺序
3. 处理动作：收发数据时的操作

why layering

1. 分而治之，降低网络系统设计的复杂性
2. 模块化的设计更能适应网络技术和应用需求变化
3. 每一层可以非常专业化设计和实现

OSI七层模型

1. 表示层：压缩、解密、处理不同机器的区别
2. 会话层：用于文本、图形、语音等的流同步

design architectures with built-in security

1. 应用层：HTTPS
2. 传输层：安全套接字SSL/TLS
3. 网络层：对发送方身份进行验证，内部信息加密
4. 链路层……

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