思维导图

硬件

广播式的网络（无线网络）

如果地址是自己的，就处理数据包，如果地址不是自己的，就忽略

• unicast：对某个人说：特定人接受
• broadcast：广播：所有人都接受255.255.255.255
• multicast：组播：订阅组播地址
• anycast：任播（会修车的一个人听着）

中断：碰一下鼠标键盘，控制总线给出中断信号

DMA（直接内存访问）：磁盘和内存直接工作，绕过CPU。DMA干完了也会向CPU发中断信号

网卡：有缓冲区，存数据包

广播风暴：网上有大量的信息用广播，需要抢总线，打扰计算机。若用组播，发送到计算机网卡上只要判断一些是否订阅过，没有订阅过可以直接扔掉，不需要抢总线。

点对点的网络

point -to -point network(/。。。/p2p等)

为了从源到目的地，数据包可能会访问一个或多个中间机器

传输技术：找到最优的传输路径

个人网络

PAN蓝牙：主要目的是将计算机和外设连接在一起，省略掉线：主从方式（master-slave）

局域网络

分布式；环形：广播式、一次只有一个人可以发；交换机

信道分配问题：

（1）静态方式：时分复用（TDM）：分成离散的时间片，每个计算机只在属于自己的时间片发数据；频分复用（FDM）：如电台。缺点：每台设备只能使用1/n的带宽

（2）动态分配（更合算）：中心控制、无中心控制。局域网鱼如何解决信道竞争？第三章讲。

广域网络

Local Area Network(LAN)

通信子网Subnet

交换单元Router（路由器）的功能：（1）分组交换（查路由表决定给哪个路由器发送）存储——查表——转发；（2）路由决策/路由算法

每个路由器独立地选路，根据网络拓扑结构分布地协商

（SDN？把什么抽走）

信息路径：

必须要熟用最优路径；

路由决策由路由器本地做。

软件

协议分层

网络架构

网络组织成层状

• 降低设计复杂度
• 底层给高层提供服务是屏蔽细节，从而降低耦合度（解耦implemented）。（系统分层、服务界面清晰）
• 每一层都是虚拟机virtual machine（对上层提供一个虚拟的服务）

面向对象的程序设计：计算机网络是面向对象最成功的典范

特定的软件（或硬件）为用户提供服务，但对用户隐藏其内部状态和算法的细节

层、对等体、协议、接口

1. 实体：第n层中的活动元素称为n层实体。同一层的实体叫对等实体。
2. 协议：为进行网络中对等实体数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。【水平】
   语法：规定传输数据的格式
   语义：规定所要完成的功能
   同步：规定各种操作的顺序
3. 接口（访问服务点ASP）：上层使用下层服务的入口
4. 服务：下层为上层提供的功能调用【垂直】

SDU服务数据单元：数据本体

PCI协议控制信息：控制协议操作的信息

PDU协议数据单元：对等层次之间传送的数据单元

1、协议：上下层之间有接口，对上提供某种类型的服务，协议是层和层之间的

同层之间达成协议，包括消息的格式，怎么通信，什么时候该说什么

通信双方就如何进行通信达成的协议

2、Peers对象=同侪=对等体

一层是一个类，可以有好多个对象，很多个实体，每个实体都是硬件设备或者进程

包括不同机器上的相应层的实体称为对等体，对等体可以是进程、硬件设备

物理媒体

3、接口=语法+语义

定义哪些基本操作(语法）和服务(语义）下层可供上层使用

语法：原语操作

上下层的语法是两层之间商量好就可以了。语义一致，语法可以不同。

网络架构：确保异构计算机互联互通

实现的细节和接口的规范都不是体系结构的一部分

一、层和协议：在同层两个计算机系统中要一致，协议是实现服务的一部分，服务得一致。对于上层来说服务不变，协议只要下层一致可以任意改变

二、实现细节和上下层之间的接口规范不影响互联互通

信息流

最高层第五层是虚拟通信，发送消息（若干个字节构成的整体）

消息M由应用程序进程生成，并提供给第4层进行传输

第四层对内容不感兴趣，址负责可靠传输。增加一个头，包括控制信息，比如序列号（流水号），或者包括大小、时间，标志这个消息。头里面加了什么内容，两个第四层要对头信息取得一致。

在消息前面放置一个标题以头消息，并将结果传递给第3层
头：控制信息，例如序列号（在某些层中，标题还可以包含大小、时间和其他控制字段）

第三层对消息的大小有限制，把从第四层来的消息切分成好几个分组（小包packets），每一包加第三层的头，加上控制信息，决定从哪根电线发送出去。网络中第三层是网络层，根据路由表查表，决定走哪根线。

第二层增加包头和包尾，为了方便在电线中传输，也就是物理层。包尾是校验盒，由协议两边商量好校验方式。

第一层是物理层。

传输到对方后一层层的还原。

层的设计问题

实际在分层中需要考虑哪些问题？

可靠性？

差错控制：物理的电路并非完美。（错报）

差错检查&差错纠正；

接收方怎样根发送方说哪些东西收到了，哪些东西没有收到。（这些东西都属于协议）

路由：可能有很多路由，很多路由器，如果有坏的路由，需要找到可以工作的路由器（丢包）

乱序（乱包）：接收方可能受到乱序的包

发件人如何给邮件编号
接收者如何处理无序到达的消息

地址编址？

每一层都需要编址寻址，需要一种识别发送方和接收方的机制。寻址的对方可能是一个实体（进程）

网络互通性Internetworking

规模扩展性Scalability

复用？

统计分时复用：按需分配

流量控制：两通信的双方，发送方发送得很快，接收方接受得满，怎样让接收方不要被数据淹没。接收方给发送方一个反馈

拥塞控制：大家都很忙，数据都到不了对方。一层一层发送时如果有瓶颈就会降低速度。网络发送信息告诉我拥塞了，我通过协议降低速度，防止出现彻底拥塞。

QoS(quality of service)服务指标（带宽、延迟）

安全问题（防窃听Confidentiality、防篡改Integrity、身份鉴别Authentication）

每一层都要考虑这些问题，有的问题可能是几层之间解决，并不一定每层要处理所有问题

面向连接和无连接的服务

面向连接的服务（Connection-oriented Service）

连接建立的过程（为什么要先打开文件才能用？权限的判断、怎么把磁盘块调进来等等）包括发送方、接收方、网络方，进行协商，用什么样的参数（一包的体积有多大，要求什么样的服务质量），是否进化协议

使用连接。发送方在一端推入对象（位），接收方在另一端取出它们。在大多数情况下，顺序是被保留的，以便比特按照发送顺序到达。

释放连接

无连接的服务（Connectionless Service）

写信，全地址，每一包独立地选路

每条信息（字母）都包含完整的目的地地址，每一个都是通过独立于所有其他系统的系统进行路由的

QoS(quality of service)

面向连接的

可靠的消息流（长短不一的若干个字节流，保证了消息的边界）

可靠的字节流（不保持边界）TCP协议的实现者可以随意把信息粘在一起

可靠的含义：受到的内容一定是对的，没有错、丢、乱。谁也不能保证受到的数据对方能够接受。

不可靠：例如数字化语音

无连接的

服务原语Service Primitive

=上下层之间的接口

上到下高速要做什么事情

底下有什么事情告诉上层

系统调用System calls：服务是用过系统调用实现的

不止是TCP应用程序之间的调用

在操作系统内核的内部用驱动程序（一堆子程序的集合）实现

（消息系统、系统调用、驱动程序，都可以）

服务、协议、服务与协议之间的解耦

分层的参考模型有哪些

OSI参考模型

ISO：国际标准化组织 OSI：开放系统互连

分层原则：*

1. 各层之间相互独立，每层只实现一种相对独立的功能
2. 每层之间界面自然清晰，易于理解，相互交流尽可能少
3. 结构上可分隔开。每层都采用最合适的技术来实现
4. 保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
5. 整个分层结构应该能促进标准化工作

PPT：两层之间是定义良好的功能越简单越好；上下层之间信息流最小化（交互最小化）

路由器通信子网只到第三层为止。

L1：物理层，在通信信道到传输bits，bytes。电器特性（electronic），多少伏特代表0，多少伏特代表1？时间（timing），每一个0和1的时间是多长，时间差怎么解决，到底是多少个1？连接怎么建立、关闭？通信媒体（medium），每个设备有不同的特性，从方波调制成正弦波，调制解调器。

L2：数据量子（电路）层（每台机器及其近邻之间的协议）

直接邻居是点到点：Point-to-Point，中间没有转化设备，用通信设备直接连接在一起。区别于端到端End-to-End

把输入数据打破成数据帧data frames（实际上可能不需要打破）

如果数据是可靠的，接收器回复确认帧ACK

流量控制：保持快速的发送者不让慢速的接收机淹没在数据中

广播式的网络：如何控制对共享信道的访问

L3：控制子网的操作

整个子网的操作，网络的操作，存储——查表——转发

路由怎么造路由表：静态的，由人来设置；会话路由，跟哪个地方通信，就选择一个路径，之后就不用查表了，只用查一次路由表例如：打电话；高度动态的：

拥塞问题

服务质量

完全不同的网络层面连接在一起

L4：传输层transport

题外话：传输transmit，传送transport

端到端e-to-e（从源到目的端跨越好几个路由器转发）的最底层

你对上层提供什么服务

一、无差错的服务

L5：会话层session layer

用户之间可以建立一个会话（逻辑上有意义的一次连接，并非通信上的一次连接）

断点续传，同步

令牌管理不用管

L6：表示层presentation

语法、语义：逻辑上有意义的内容计算机怎么表达（编码）？

语义semantics：含义。语法syntax：编码方式。

例如：语言编码。对象状态、配置信息：XML/JSON。网页HTML超文本标记语言。ans.1抽象标记表示。MIB库，网络管理信息库。

L7：应用层

用户通常需要的各种协议

例如：文件传输，电子邮件，HTTP（超文本传输协议，更超文本没什么关系，本质上是会话层协议）

TCP/IP参考模型

会话层和表示层是因为应用不用同一套，实际上是存在的，只是看似不存在。

网络层

无连接的服务

IP

出现差错是通过ICMP通知发送端

服务：

尽最大努力地投递：丢了活该。我可能会把数据弄丢。

分组路由、避免拥塞（网络通风报信、应用层减慢投递速度，不通风报信，在传输时在数据包上加标签）

传输层：

TCP（可靠的面向连接的字节流服务）

将传入的字节流分割成离散的消息
将收到的消息重组到输出流中

流量控制，响应网络层的拥塞信号

UDP（无连接的不可靠的报文服务）

大数据量通信也必须要相应网络层的拥塞控制信号

NFS早起用UDP，提供可靠的服务，但可靠性由自己保障

DNS域名解析，NTP网络时间协议：幂等模式的通信（问多少次得到的答案都一样）

对于即时交付比准确交付更重要的应用
传输语音或视频(RTP:实时传输协议)

报文段——数据报——数据帧——比特

课程安排：1、2层期中前，3、4层期中后