1、什么是Internet？

1.1构成描述

一方面从其软硬件组成来说，另一方面从为分布式应用提供服务的联网基础设施来描述。
端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起。分组交换机中最著名的类型是路由器（常用于网络核心）和链路层交换机（常用于接入网）。
端系统通过ISP（因特网服务提供商）接入因特网。
因特网的主要协议是TCP/IP协议。

1.2服务描述

API是应用程序编程接口。因特网API是一套发送软件必须遵循的规则集合。

1.3协议

协议三要素：语法、语义、时序
网络结构包括网络边缘、网络核心和接入网、物理媒介

2、网络边缘

边缘部分包括用户和服务提供商。
与因特网相连的计算机和其他设备称为端系统。

2.1接入网

将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。
家庭接入：DSL（数字用户线）、电缆、FTTH（光纤到户）、拨号和卫星
（1）当使用DSL时，用户的本地电话公司也是它的ISP。家庭的DSL调制解调器得到数字数据之后转换高频音，以通过电话线传输给本地中心局。
（2）家庭电话线同时承载力数据和传统的电话信号，它们编码为不同的频率：高速下行信道，中速上行信道、普通的双向电话信道。这样，在用户一侧就有分频器将数据信号和电话信号分隔开。
（3）电缆因特网接入需要特殊的调制解调器，称为电缆调制解调器（modem）
企业接入：以太网和WIFI
通常使用局域网（LAN）将端用户连接到边缘路由器。
广域无线接入：3G和LTE
蜂窝网：移动通信网络的节本结构方式

2.2物理媒介

物理媒介分为引导型和非引导型。
物理媒介的例子：双绞铜线、同轴电缆、多模光纤缆、陆地无线电频谱和卫星无线电频谱。
双绞铜线（引导型）：无屏蔽双绞线常用在建筑物内的计算机网络中，即用于局域网LAN中。
同轴电缆：引导型物理媒介。
光纤：引导型物理媒介。能够传输光信号。常用于长途引导型传输媒介。
陆地无线电信道：非引导型物理媒介。承载电磁频谱中的信号。分为三类：运行在短距离（如蓝牙耳机等等）、运行在局域（如无线LAN技术）、运行在广域（如蜂窝接入技术）
卫星无线电信道：通信中常使用同步卫星和近地轨道卫星。

3、网络核心

网络核心的主要功能是路由和转发，也就是转发收到的分组。
通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：分组交换和电路交换。

3.1分组交换

在网络应用中，端系统之间交换报文。源端系统将长报文划分成一个个的小数据块，称为分组。

3.1.1存储转发传输

也就是在只有将分组所有的比特都收到之后才会进行下一次的转发。

如图为存储转发传输，报文被分成很多个分组，当分组1前面部分到达路由的时候并不直接进行传输，而是要存储下来等待该分组后续的部分到达。当分组所有比特都到达的时候才会一起进行传输。
这种情况下，由N条速录均为R的链路组成的路径，从源到目的地发送一个分组的总体情况：端到端的时延是NL/R
当有P个分组经过N条链路序列的时延是(P+N-1)L/R

3.1.2排队时延和分组丢失

分组交换机有多条链路与之相连，对于每条相连的链路，该分组交换机具有一个输出缓存，也成为输出队列，用于存储路由器准备发往那条链路的分组。如果链路中正在传输另一个分组，那么该分组就要进入缓冲中进行排队，只有当链路中没有进行传输并且该分组处于排队队列的第一个时，才会对该分组进行转发。 这样的话，就形成了排队时延。排队时延的变化程度取决于网络中的拥塞程度。
又因为缓存空间是有限的。所以当到达的分组无法再进行排队的时候，就会出现“丢包”现象。

3.1.3转发表和路由选择协议

每台路由器都有一个转发表，用于将目的地址映射成为输出链路。

3.2电路交换

电路交换网络中，在端系统间通信会话期间，预留了端系统间通信沿路径所需要的资源。比如打电话，使用电路交换的话。可以说这次通电话是占用了这一条链路，即使在通话过程中，有一段时间双方并没有进行通信，但是该链路仍然是为这次通话所预留的。

3.2.1电路交换网络中的复用

时分复用（TDM）、频分复用（FDM），码分复用、波分复用。
时分复用：类似操作系统中的时间片，将一条链路划分成很多个固定区间的帧，每帧又划分成固定数量的时隙。在链路连接时，网络在每个帧为其指定一个时隙，这个时隙是该连接所独占的。但是问题比如一个帧里面有4个时隙1234，该连接的独占时隙是4，并且在这个时候网链路中只有这一个连接，那么该连接每次都需要等待123时隙过去才能进行传输，但此时123是空闲的，可是该连接仍然需要进行等待。对于TDM，一条电路的传输速率等于帧速率乘以一个时隙中的比特数量。
频分复用；比如不同频道的广播。链路的频谱由跨越链路创建的所有连接所共享。在连接期间，链路为每一条连接专用一个频段。

3.2.2分组交换和电路交换的比较

电路交换：实时服务很好。但是专用电路空闲、效率低。
分组交换：时延是不可预测的，但是简单有效成本低。按需分配链路使用。

3.3网络的网络

ISP结构

每层ISP需要向它的上一层ISP进行支付；每层ISP是对等的，要进行互联才能保证整个网络的通信；IXP将很多个对等的ISP连接起来，方便对等ISP的汇合。

4、时延、丢包、吞吐量

时延、丢包率和吞吐量都是评价网络性能的重要因素。（吞吐量表述每秒能够传送的数据量）

4.1分组交换中的时延

4.1.1处理时延

检查分组首部和决定将该分组导向何处所需要的时间是处理时延的一部分。

4.1.2排队时延

分组在输出缓存中的排队时间，排队序列越长，排队时延越大。排队时延往往取决于网络中当前的通信录。

4.1.3传输时延

也是发送时延，即将分组推向链路的时间。数据帧长度/发送速率。

4.1.4传播时延

分组在链路中的传播的时间。链路信道距离/传播速率

如图，车队就相当于各分组，收费站相当于路由器，收费站之间的公路就相当于链路。那么此时10辆汽车的车队就是正在排队的分组，他们需要一个一个地进入收费站进行收费，这就是排队时延。在收费站需要进行扫码收费等操作，所花费的时间就是处理时延。收费完成之后，车辆要驶出收费站，这段时间就是传输时延。离开收费站之后，车辆将继续前行，在公路上行驶100km之后到达下一个收费站，这段时间就是传播时延。

4.2排队时延和丢包

实际上在表征排队时延的时候，我们通常使用平均排队时延、排队时延的方差和排队时延超过某些特定值的概率等待来表示。
流量强度：L是每个分组的比特量，a是分组到达队列的平均速率（分组/秒），R是传输速率，也就是从队列中推出比特的速率。那么La/R就是流量强度。
假设流量强度大于1，也就是分组到达的速率比分组推出的速率要大，那么分组排队会越来越多，最后可能会出现丢包现象。所以设计系统时流量强度不能大于1

4.3端到端时延

Traceroute
会返回经过的各中间路由器的时间和名字地址等信息。

4.4吞吐量

瞬时吞吐量&平均吞吐量
瓶颈链路：

a中的吞吐量应该是min{Rs,Rc}，b中的吞吐量应该是min{R1,R2,R3…Rn}

如图a中吞吐量应该是min{Rs,Rc}，b中吞吐量是min{Rs,Rc,R/10}

5、协议层次及服务模型

5.1协议分层

为了给网络协议的设计提供一个结构，网络设计者以分层的方式组织协议以及实现这些协议的网络硬件和软件。
分层提供了一种结构化方式来讨论系统组件，模块化使更新系统组件更为容易。当某一层需要进行更新的时候，我们只需要考虑这一层就行，只需要保证这层在整体系统中所提供的功能没有发生变化就行。
但是分层也有缺点：（1）一层可能冗余较低层的功能。（2）某层的功能可能需要仅在其他某层才出现的信息。
各层的所有协议被称为协议栈。
因特网协议栈由5层组成：应用层、运输层、网络层、链路层、物理层。
（1）应用层
是网络应用程序及它们的应用层协议存留的地方。
包括许多协议：HTTP（用于WEB）、SMTP（用于电子邮件报文的传输）、FTP（提供两个端系统之间的文件传送），以及域名转换系统DNS。
位于应用层的信息分组称为报文。
（2）运输层
在应用程序端点之间传送应用层报文。两个运输协议：TCP和UDP。TCP将长报文划分成短报文，并提供拥塞控制机制。UDP提供无连接服务，没有可靠性，没有流量控制，也没有拥塞控制。
在运输层分组称为报文段。
（3）网络层
负责将称为数据包的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。
网络层的协议有：IP协议、路由选择协议。
IP是将因特网连接在一起的粘合剂。
（4）链路层
在传输过程中的每个节点，网络层将数据报下传给链路层，链路层沿着路径将数据报传递给下一个结点，在下个节点，链路层将数据报上传给网络层。
链路层分组称为帧。
（5）物理层
与实际传输媒介相关。
OSI模型
七层：应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和物理层。
表示层是使通信的应用程序能够解释交换数据的含义，这些服务包括数据压缩和数据加密以及数据描述。会话层提供了数据交换定界和同步功能，包括建立检查点和恢复方案的方法。

5.2封装

每一层发往下一层的时候都需要加上自己的首部信息。

6、面对网络的攻击

1、坏家伙能够经因特网将有害程序放入你的计算机中
2、坏家伙能够攻击服务器和网络基础设施
3、坏家伙能够嗅探分组
分组嗅探器

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