台湾清华大学计算机网络--001

视讯会议

如果要用一个URL的request上一个网站，到底会出现多少流量呢？大概会有17个message

6个封包去寻找ip地址， domain name：会通过DNS获取IP地址

3次握手：建立链接

4：利用http去发起request，4个来回知道要获取什么资料

4个message进行取消TCP连接。

每个packet都是收进来，存储，查询路由表，然后转发出去。

存储深度

收的速率，与发的速率

路由表的深度/容量

Layer 2：根据Mac address转发

Layer3：根据ip转发

Layer4：根据UDP/TCP转发

Spanning-Tree：防止网络环路。如图中红色的部分，主动割断loopback路径。

将网络连接起来的设备：router，gateway。

网卡位置：MAC Address

主机位置：IP Address

Broadcast：通常只在同一个区域网段中传播，不可以穿过router，跨网段。

整个internet，相当于一个WAN

网络上的data，统称datagram

host --> Lan --> Router --> WAN --->Router --->Host

Internet动态的根据网络状况改变路由路径。每个datagram走那个路径不一定，随时在改变

Router：进来的datagram比较大，输出的比较小，因为Router对datagram有切片的功能。不同的网络对datagram上限值的限制不同，故router会把大的datagram切割成小的fragment。

把一个datagram切成多个frame：是指切割内容，每个片段都会有完整的封装header。切割后的小封包都有完整的header，可以独立的传送。先送的封包不一定先到达对方destination。同样，后送，不见得晚到达destination。一个封包也有可能因为在网络上走的路径过长，而被Router丢弃，TTL到期。

通常，LAN速率块，WAN速率慢，如果LAN传输给Router的速率，大于Router的处理能力，则会排队，当排队大大的超过处理能力，则可能会导致data会被丢弃。 Internet：best effort，不保证一定到达地方。如果自己的data很重要，则自己想办法。如TCP。

网络上的Resource:如何cost effective的share？ link：可以为无线，也可以为有线。

Switch/Router：Node

如何不同的host share link/node？复用。

Multiplexing：如何让多个入口，导向一个公共的出口

De-multiplexing：如何将一个入口，分散到不同的出口

频宽：frequency band

FDM：每个user比较慢，子band窄，但随时都可以用它独享的band

TDM：切割成不同的time-slot，不同的user用不同的time-slot，每个user使用所有的frequency band

TDM/FDM均存在一个问题，万一某一被分出去的frequency band/time-slot没有再用，闲置，别的user也无法使用，无法做到负载均衡。或有些通道很忙，有些通道很闲，也不可以share channel。

统计多工：使用link时，根据每个host送出的资料量来做multi-plexing，决定如何使用这些link。当流量不均匀时，则避免通路闲置的情形。

Flow：两台电脑之间所有的应用的流量/或者是两台电脑之间的某一应用的流量如skype

FIFO：公用一个FIFO qeue，如果大家都很忙，则可能会均分channel。

Round-Robin：轮留制。按照顺序使用，逐个frame使用。如果有一个flow传输的data较多，则给它多传输一点。

还可以兼顾QoS，比如Audio/Vedio等实时性较高的资料，一般会有较高的priority。

congestion时，则会丢弃frame。

Link：通过有线/无线将两个node连接到一点。

Internet上面，link很长，每一段走的方式（Wifi/LTE/有线），速度快慢可能都不同，通常会在target/initiator之间建立一个logical channel。application - application，logical channel对应的实际physical channel如何，并不确定。

资料在网络中逐个bit传送，0/1bit的表达方式在不同的链路上面不同，是电位，相位，波形等等。link上面的传输有时会容易受电磁波的干扰，导致错位。

如何减少错位：侦错纠错

bust-error：如打雷，一下子会导致好多bit的错误，此时纠错则比较困难。如果可以纠错，则纠正，万一无法处理，则会丢弃。

Congestion：router收到的信息正确，但没有能力丢不出去，input速率远远大于output速率，当超过buffer能力，则会被丢弃。称为lost

也可能每个link，router坏掉

message在网络中传输的过程，会导致delay

不同的信息，发送的顺序/路径不一定相同。out-of-order

3rd party eavesdrop：可能会被第三方篡改。router都是先把dada收起来，查表，再转发出去。既然是先收起来，就是data先存在记忆体里面，就有机会被促篡改。如果被篡改，如何能被检测出来？

篡改封包/窃听封包

比如：wifi，只要打开天线，就可以收到自由空间的许多信息，就看你有没有能力解读，里面可能会有很多账号密码等信息，因而最好加密传输。

Layered Structure，为了构建简单。

Protocol：双方通信格式一致，流程一致。

不同layer的沟通，跟不同电脑之间的peer to peer的沟通。不同software layer之间的communication

每个protocol有两个interface：peer-to-peer interface，用于不同对等实体之间的横向通信；service interface：纵向的同一实体内部不同layer之间的沟通。

TCP：如何在不可靠的网络中提供可靠的service，任重道远……

横向规格：流程（发送顺序），格式。

纵向规格：不同layer之间如何提供服务

UDP：不可靠的环境提供不可靠的服务：看起来什么都不用做，实现起来比较简单。

协议规格：Message的format是什么？

同样的规格，同一公司内部不同的人实现，或不同公司之间基于相同规格实现的产品，不见得可以互通。故需要Interoperable测试，

FTP/HTTP：需要可靠的服务，TCP

DNS：不需要长时间连线，用UDP协议。 URL-->IP的映射。一问一答，简单的快速服务。不需要建立连线，若建立连线，则最少需要三次握手。万一一次询问失败，则再询问一次，……

TCP：怎么送，怎么出。下面的协议不用担心乱序的问题，由TCP负责。

每一层的protocol，都会加上自己的header。资料从application到下层，每一层都加自己的header。

internet送到对端，对端从下向上，每一层查看自己的header，解封包，一直到applicaiton layer，还原成原始的data。

同一个layer：与对端协商沟通的data就放在header里面，对方阅读对应位置设定的parameter。header记录这对端告诉我这个封包到底是怎么回事。

解封包，向上层发送时，则会把自己处理过的header拿掉。上一层不需要看下一层的header，每一层只看自己的header。

上一层交给下一层，与该层还原给上一层的内容完全对等。相同。

Physical layer：实体层。铜线，无线，光纤……

Data Link layer：如何将frame data丢给直接相连下一台连接的设备，如何往前送一步。

Network Layer：如何将packet送到对方。整个路线怎么送，传送的更远。哪个路线比较快，更加便宜

Transport Layer：有些资料，如档案，不能错一点，而有些资料，如Audio/Vedio，可以容许少量错误。可靠传输与不可靠传输。 UDP：best effort。 TCP：可靠传输。

每一层，都是根据下一层提供的服务，提供给上一层，提供服务。

Network layer：进得去，但不见得出得去。不可靠服务。

TCP：为上层提供可靠的服务，但依赖于下层网络层的不可靠的环境。 TCP对端，要告诉发端，收到的情况，若发现异常，则激发重送。也可能先送的后到，后送的先到，收到的data是乱序的，TCP要想办法编号，收到的对端在check，重新排序。比如说：设定一个时间窗口，假如超时还未收到，就认为已经丢失，要求发送重传。

Host与Router之间经过一个switch，

Router：L3设备：看目标IP，选择路径。这种路径会随时动态变更，因为网络状况是动态的。根据目标IP地址转发

Switch：L2设备：处理资料时，不看IP layer的header，只看Layer2的header。header会有发端网卡MAC，收data的网卡MAC，根据目标MAC地址做转发。

AP：也是L2设备。只处理L2 header，不看IP

被一个设备，为了跟对端peer沟通，则会将沟通（建立链接）的信息放在自己的header里面。

Router/Switch：每个port都有网卡。都有自己的MAC？

一个设备究竟是第几层的设备，就看它可以处理到第几层的header。

物理层：原始的资料如何在link上传输？

除了实体link，还有coding。线路上，0/1bit如何表达呢？光的明暗？波形？高低电位？

每一个bit都有bit time，bit time越长，传输越慢。 receiver 如何根据波形判断是0/1？处理波形的distortion？发送/接收端，两边的速度必须一致。发送接收clock一致。全部是1，究竟是几个1？同理，全部是0，究竟是几个0？ HDB3码？全部高电位不可以，同样全部为低电位也不可以。一定要让data不停的上上下下的变化。把clock存在data中，让接收端从dada中提取到clock进行解码。

不同的物理层材料，对应着不同的coding方法。每个host都有自己的clock，不同host之间的clock不一定完全同步，必须要将发送的clock藏在data中，让发端从data中提取clock。

MAC layer中添加的内容：DA/SA/Type封包里面的内容LLC/PAD会包含很多IP header/TCP header等很多内容，L2的尾巴FCS。

DataLinkLayer：如何将data（frame）用网络的MAC protocol传给直接相连的主机或设备（交换机/AP），而不是送给最远端的host

有什么难点？不同的设备，物理层编码方式不同。跟直接相连的对方的连接方式是什么？点对点？还是Multiple Access？共享相同的链路？不同设备间的0/1对应的高低电位定义是否相同？多人同时送data，链路冲突，怎么办？

随机发送，什么都不做，则平均成功率只有18%,为了提高成功率，常用以下两种协议，来决定如何使用共享的media

Ethernet:CSMA/CD

WIFI:CSMA/CA

每一层都有自己对等层的header。

L2设备：switch/AP/bridge

网络层：如何将packets，透过internet从source发到目的地。IP-IP

IP packets==》datagram

首先要处理的是Routing：如何选择路径。有快又慢，有远有近。有便宜有贵（DDN），路径是动态的。即使发生短线，干扰等不可靠因素，也会best effort送到对方。万一送不到，自己想办法，依靠上层，网络层不负责可靠传输。

Router与router之间会定时或不定时的互相交换胖边链接状态信息，或者是别的线路不定时或定时的把网络状态告诉router。

router之间交互信息，也叫protocol。routing protocol：为了动态选择路径而设计的protocol。

第一代路由协议：RIPv1：每30秒更新一次路由信息，中间的故障，不利于立即修复网络。

第二代路由协议：OSPF，最短路径优先/带宽优先。最短：会有cost funciton，路径最短，还是带宽最宽？网路的任何变化，都会立即通知router，重新计算路径。

定期或不定期的更新路由信息，建立routing table

每个router都有routing table，当收到data时，首先查询routing table，来根据目的ip和routing table的信息决定要出那个port出去。

如何定期或不定期的更新routing table 的信息，维护routing table的状况？routing protocol，routing table是动态维护，动态变更的。同样的packet，不同的时刻从同样的port发到router，得到的路由路径不一定相同。

Router进来的多，出去的多，消化不良，当超过memory缓存的能力时，则会丢包。丢包策略？

Network layer：best effort，很努力，很聪明，但不可靠。掉了packet就掉了，不会负责处理，比如重传

Transport Layer：host-to-host，不同主机之间process的资料传送。

网络层不可靠：可能会绕路，也可能会因为错误被丢弃。

第四层到底要不要可靠传出，要看应用需求。

Transport Layer第四层一般只有host才有，中间的router/switch一般没有。

通常，两个process之间，一个peer同时与多个peer通信/连线，一个这样的会话，就称为一个session

presentation layer：format of data

application layer：不同的应用，软体

从transport layer以上的四层：只有host才有。

Router只到第三层

Switch/AP：只到第二层。

Internet protocol由谁来定义？ IETF

Layer的观念，并不是一个非常严格的做法。在使用上，并不一定第n层一定要用第n-1层的信息，可以第2层直接利用第n-2/n-3层的信息，跨层。为了简单，将session/represention归于application layer。application也可以直接呼叫ip，或者mac layer（如果两台pc直接链接，不透过internet）。基于应用。如果要通过internet链接到对方，则必须透过ip。

TCP/IP是为了处理网络上的各种断线/阻塞。

当两台host直接链接，不透过internet，可能就不需要tcp/ip协议。