鉴于 zhy 妈妈的笔记过于全面，此系列笔记仅作一些补充和重点记忆强化。

# 重点笔记

# 易混的英文单词

# OSI 和 TCP/IP 模型对比

# 网络拓扑 Topology

分为物理拓扑和逻辑拓扑

总线 bus

环型 ring 双环 dual ring

星型 star

树型 tree

渔网型 complete（mesh）

蜂窝型 cellular 非常低效

# 网络设备

hubs 总线式连接

交换机 星型连接

# 计算机互联网及其模型

# Overview of Computer Network

# data networks of classifications

1. 局域网，LAN，Local Area Networks
   • 作用范围比较窄
   • 多用户同时复用链路介质
   • 网络性能比较高 (一般是一个公司来管理处理，可以达到 GPS 甚至是 10GPS)
   • 出错率相对比较容易控制 (低)
2. 广域网，WAN，Wide Area Networks
   • 在比较大的地理范围上进行连接
   • 要么串行连接 (serial links)，要么光链路连接 (optical links)
   • 传统上，传输速率比较低，因为一般是多公司管理，标准和介质等都不同
   • 出错率相对比较高

# LAN Devices

1. Hub 集线器 —— 工作在第一层。多端口中继器，连接 PC。重复信号
2. Bridge 网桥 —— 工作在第二层，将局域网分段，进行 MAC 地址的计算
3. Switch 交换机 —— 工作在第二层，多端口网桥，全带宽，大规模集成电路实现【相对于网桥的优点】
4. Router 路由器 —— 工作在第三层，路径选择，分组交换

# WAN Devices

1. 路由器 —— 路径选择、分组交换

2. Modem CSU/DSU TA/NT1 (点对点连接终端设备)

   CSU/DSU digital-interface device used to connect data terminal equipment (DTE), such as a router to a digital circuit, such as a Digital Signal 1 (DS1) T1 line.

   • 有 CSU 的功能 channel service unit——The channel service unit (CSU) is responsible for the connection to the telecommunication network 将终端用户和本地数字电话环路相连接
   • 有 DSU 的功能 data service unit ——the data service unit (DSU) is responsible for managing the interface with the DTE 把终端上物理层适配到通讯层上：模拟信号到数字信号进行转换
   • TA/NT1—— 终端适配器和网络适配器
   • 模拟到数字（analog 模拟）
   • 远端局域网链接

# LAN/WAN Services

# Internet History

# Internet with Multi-layer ISP structure

ISP (Internet Service Providers) 互联网服务提供商

ICP (Internet Content Provider) 互联网内容提供商，不提供接入服务

NAP (Network Access Point): 第一二层之间的接入点，也可以是 google (大公司) 直接和第一层 ISP 进行链接

第一层 ISP 是核心层，主要负责远距离连通，这种多层 ISP 结构可以将大量的流量本地化。在低层次的 ISP 可以解决的问题就不进入上一层进行解决，将大量的流量分流。

# Basic Concepts

# Data

# Data Packet

# Protocol

# source and destination

# Media Types

传输方式

1. 电缆方式
   • 铜轴电缆方式
   • 双绞线方式
2. 光缆方式：相对比较稳定，高速率传输都是用光缆。
3. 空气方式

# Digital Bandwidth 带宽

# throughput 吞吐量

# OSI Reference Model

# 概述

# 层次（重要）

# 原因 Why al layered model?

# 3+4

# Layer1: the Physical Layer

关键词：信号和介质

1. 定义终端系统 (包括介质 media) 之间链路的电气和功能规范 (specifications)

2. 定义电压电平 (voltage levels)、电压变化的定时 (timing of voltage changes)、物理数据速率、最大传输距离、物理连接器和其他类似属性。

3. 特点：对于信号不管理，对于信号正确性不做判断，只传递信号。

# Layer 2:The Data Link Layer 数据链路层

关键词: 帧和介质访问控制

1. 通过物理链路提供可靠的数据传输
2. 涉及物理 (而不是逻辑) 寻址、网络拓扑、网络访问、错误通知、帧的有序传递和流控制，调节链路使用 (涉及到一系列电路控制)
3. 和第一层区别：需要检查电信号的正确性，点对点的线路的链接，比如 A-B 之间的链接
4. 几个数据链路层：A-B,B-C, 如果在两个链路则两个，反之则一个

# Layer 3:The NetWork 网络层

关键词: 路径选择，最优路径，基于逻辑 **IP * 地址的路径选择、路由和寻址，第三层要基于 protocol 生成路由表。

1. 在路由发生的两个终端系统之间提供连接和路径选择
2. 它们 (终端设备) 可能位于地理上 (geographically) 分离的网络上
3. 和第二层区别:
   • 第二层只涉及到物理链路上点对点
   • 第三层上实现的是很多链路上的数据连通和传输。可以跨很远，在广域网上进行链路控制 (逻辑电路控制)。
4. IP 地址：逻辑地址，由本层分发 IP 地址。
5. 基于 Packets（报文）进行逻辑数据的管理。

# Layer 4:The Transport Layer 运输层

关键词: 可靠性，流控制，错误纠正

1. 将数据分段并重新组合 (reassembles) 为数据流
2. 关于如何在网络上实现可靠的传输
3. 负责终端结点之间的可靠网络通信，并为虚拟电路的建立、维护和终止、传输故障检测和恢复以及信息流控制提供机制
4. 和第三层区别:
   • 第三层实现设备到设备之间的连接，但是我们的操作系统是分时操作系统，需要网络系统进行分时处理，保证为对应的数据进程转发正确的数据。
   • 复杂数据校验交给终端设备，而不是中间设备，中间设备能够完成转发即可，降低工程量
   • 数据错误：请求第三层 (下层) 重传
   • 互相协商：调整数据传输效率

# The Layer 5:The Session Layer 会话层

关键词: 对话和交流

1. 建立、管理和终止通信主机之间的会话
2. 同步表示层实体之间的对话框并管理其数据交换
3. 提供高效的数据传输、服务类别以及会话、表示和应用层问题的异常报告
4. 管理表示层实体之间的数据交换
5. 和前四层相比:
   • 前四层不能处理具体的细节，所以需要我们在应用程序中完成应用的会话管理。
   • checkpoint: 在相应时间检查数据是否同步。
   • 多进程的逻辑控制。

# The Layer 6:The Presentation Layer 表示层

关键词: 标准，不同标准有可能出现歧义

1. 确保一个系统的应用层发送的信息可以被另一个系统的应用层读取
2. 使用通用数据表示格式在多个数据表示格式之间转换
3. 关注数据结构和数据传输语法 (syntax) 的协商
4. 负责压缩和加密，防止泄密事情的出现。

# Layer 7: The Application Layer 应用层

关键词: 浏览，主要处理用户界面，将操作封装成机器可以理解的形式

1. 最接近用户的一层
2. 为用户应用程序提供网络服务
3. 不向任何其他 OSI 层提供服务

# TCP/IP Model

美国国防部 (DoD,Department of Defense)

# Application 应用层

1. 处理高级协议、表示 (representation)、编码 (encoding) 和会话控制 (session control) 问题，包含 7 层上三层【应用层、表示层、会话层】的全部功能

2. TCP/IP 将所有与应用程序相关的问题合并到一个层中，并确保将这些数据正确打包到下一层

# Transport 传输层 TCP/UDP

1. 处理服务质量的可靠性、流程控制和错误纠正问题。
   • 传输控制协议 (TCP, Transmission Control Protocol): 代价比较大，效率比较低
   • 用户数据报协议 (UDP, User Datagram Protocol)
   • 它将应用层信息打包成称为段 segments 的单元
2. 对应 OSI 的第 4 层：传输层

# Internet IP

1. 目的：从互联网上的任何网络发送源包，使它们独立于路径和网络到达目的地

2. 最佳路径确定和分组交换发生在这一层

3. 网际互联协议 (IP,Internet protocol)

4. 和 OSI 的第三层：网络层对应，报文 packets 从一方发送给另一方，报文传输经过路由器进行路径选择

# Network Access /host-to-network 网络接入层

1. 也称为主机到网络层。

   • 合并了 OSI 下面两层：物理层和数据链路层

   • 完成物理实现和物理介质控制

2. 它涉及到 IP 数据包实际建立一个物理链路，然后再建立另一个物理链路所需的所有问题。

3. 它包括局域网和广域网的技术细节，以及 OSI 物理层和数据链路层的所有细节

# 常见的 TCP/IP 协议

# TCP/IP and OSI

1. 两者都有层次，网络专业人员需要知道两者，都通过分层的方案来完成具体的实现
2. 两者都有应用层，尽管它们包含非常不同的服务
3. 两者都有相同的传输层和网络层
4. 都采用分组交换 (非电路交换) 技术
5. OSI 是基于报文交换来进行实现的，TCP/IP 也是基于报文交换来完成实现的。

1. TCP/IP 看起来更简单，因为它有更少的层
2. TCP/IP 协议是 Internet 发展的标准，因此 TCP/IP 模型正是因为它的协议才获得了可信性。
3. 通常网络不是建立在 OSI 协议之上的，即使 OSI 模型被用作指南。
4. TCP/IP 标准是大家都在使用的标准的。(实施标准)，5 层和 7 层都只是讲课使用的
5. 本课程我们一般使用 5 层来进行分割讲解。

# Network Topology

• Physical topology
• Logical topology - token passing

# 总线 bus

1. 物理角度：每个主机都连接到一条公用线 (总线)。
   • 优点：所有主机都可以直接通信。
   • 缺点：电缆断开会使主机彼此断开连接。
   • 也就是说总线是很重要的，总线一旦断开是不能够通信的，也是不可以分成多段总线进行处理 (在未处理的总线上会在断开的地方，反射电信号，形成电路震荡)
2. 逻辑角度：每个网络设备都可以看到来自所有其他设备的所有信号，实际上是广播式传播
3. 优点：比较简单，所有的设备都可以监听到总线的信号。
4. 缺点:
   1. 信号冲突，需要进行复杂的介质访问权限控制来保证通信正常
   2. 如果一处断开，则全部无法进行网络传输

# 环型 ring 双环 dual ring

1. 物理角度
   • 所有的设备直接首尾相连，组成一个菊花链 (daisy-chain)
   • 可以将信息传送给链上的所有的设备，但是一般是固定顺时针或者逆时针进行传输
2. 逻辑角度
   • 为了使信息流动，每个站点必须将信息传递给其相邻的站点。
   • 我们需要对于链路进行访问控制，防止很多设备同时使用环，我们使用 token 来进行控制访问权力
3. 缺点：环上只要有一个地方断开就会破坏整个环
4. 令牌环拓扑主要用于控制领域，比较适用于实时系统的处理

1. 物理视角：
   • 双环拓扑结构与环拓扑结构相同，只是有第二个冗余环连接相同的设备。
2. 逻辑视角：
   • 双环拓扑就像两个独立的环，同一时间只有一个环被应用。
   • 有 token 令牌才有发送权力发送信息 (使用总线)
3. 优点：提供可靠性和灵活性
4. Eg. 优先使用外环，如果外环出现物理错误，则切换到内环上使用，并且对外环进行物理修复。
5. 双环拓扑是指一个结点有两个点，同时只能一个环在传输信息，两个环的传输时的方向是不能确定的。

# 星型 star

1. 物理视角：星型拓扑结构有一个中心节点，所有的链路都从它辐射 (radiating) 出去。
2. 逻辑视角：所有信息的流动将通过一个设备。
3. 优点：优点：它允许所有其他节点相互通信，方便。出于安全或限制访问的原因，它也可能是可取的
4. 缺点：如果中心节点出现故障，整个网络就会断开连接。根据使用的网络设备类型，冲突可能是一个问题，中心点会有很大的负担，并且容易造成通信阻塞。
5. 扩展星型拓扑：设置次级中心结点：和 Internet 的层次结点类似

# 树型 tree

1. 树拓扑使用一个主干节点 (Trunk Node)，从该节点分支到其他节点。
   • 二叉树 (每个节点分成两个链接)
   • 主干树 (主干有分支节点，其上挂有链接)。
2. 物理观点：主干是一条有几层分支的电线。
3. 逻辑观点：信息流是层次性的。
4. 在根一级数据结点可以对数据进行汇总和统计
5. 类似电信网络：中心点不仅仅是转存和发送，还要控制和统计，而星形拓扑是不需要控制统计的。
6. 当前节点不能处理的部分，则交给父结点处理

# 渔网型 complete（mesh）

1. 物理视角：有明显的优点和缺点
2. 逻辑角度：完整或网格拓扑的行为在很大程度上取决于所使用的设备。
3. 优点：最大的连接性和可靠性。
4. 缺点：链接的媒体数量和到链接的连接数量变得非常庞大。
5. 全连接拓扑
   • 缺点：成本高、路径选择多：添加选择最合理的路径的机制
   • 优点：鲁棒性高，抗干扰能力强。
6. 常使用在比较使用重要的情况下：通常 Internet 就是使用 Mesh 的拓扑

# 蜂窝型 cellular

非常低效

1. 物理视角
   • 蜂窝拓扑结构是用于无线技术的拓扑结构
   • 有时接收节点移动 (如手机)，有时发送节点移动 (如卫星)
2. 逻辑视角：节点之间直接通信 (尽管有时非常困难)，或者只与相邻的单元通信，这是非常低效的。
3. 每一个结点都是无线的连通方式：远结点需要进行转发
4. 使用场景
   1. 无线电话
   2. 卫星

# Network Devices

NICs - MAC address - layer 2