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Overview

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实验部分 | 了解一些术语和基本协议

Terms

  • ISP（Internet Service Provider）因特网服务提供商。端系统通过 ISP 连接到网络

  • host/end system 主机/端系统

  • message

    • packet 将较长的 message 进行分组后的结果。当一台端系统要向另一台端系统发送数据时，发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节。

  • communication Link 通信链路

  • packet switch 分组交换机

    • router 路由器

    • link-layer switch 链路层交换机

  • socket interface 套接字接口是数据发送端需要遵循的一种规则，这样数据才能正常发送

传输层协议

TCP 面向连接的 UDP MAC 唯一的，基于网卡的

Four Internet Model

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交换方式

Router 对收到的 packet 进行存储转发实现分组交换

  • 电路交换 有线电话网络。
    • 连接建立 —— 数据传送 —— 连接释放
    • 缺点：中间节点无法发现并纠正错误；建立连接时间长
  • 报文（message）交换 ——使用存储转发技术 将 data 和其他数据封装
  • 分组交换 —— 在报文交换的基础上，对较长的 message 进行划分，在头部加上数据段形成新的 packet
    • 可以进行流水线化处理

计算机网络的分类

性能指标

  • Speed：连接到网络上的节点在数字信道上传送数据的速率，又称之为数据传输速率、比特率，单位 b/s 、bit/s 、bps
  • Bandwidth 带宽：最高数据传输速率
  • Throughput 吞吐量：单位时间通过某个网络的实际数据量
  • Delay 时间延迟: 发送延迟 + 传播延迟 + 处理延迟 + 排队延迟
    • 发送时延又称为传输时延，一个分组传输的的时间
    • 传播时延是从某个 router 到另一个 router，是两台路由器之间距离的函数
  • 时延带宽积 = 传播时延 * 信道带宽，是发送的第一个 bit 到达终点时，发送端发出的 bit 数
  • Round-Trip Time | RTT 往返时延:

注意审题

看看清楚 bits 还是 byte，1 B = 8 bits

OSI 模型 & TCP/IP 模型

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OSI

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  • Service
  • Interface
  • Protocol

各层级的作用

  • Physical Layer 物理层并不是物理介质，不包括电缆线等这些介质。规定了一些电路接口、信号
  • Network Layer 传输单位为 packet。
  • Data Link Layer 将来自网络层的 IP 分组封装成 frame，可靠地传输到相邻结点的网络层。可以将强物理层传输原始比特流的功能，将物理层可能出错的错误进行修正

The data link layer operates between two directly connected nodes and does not provide end-to-end communication。

IP Service

Note

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simple service

  • Datagram
  • Unreliable

  • Best Effort

    • 只有在出错的时候才会直接丢掉

  • Connectionless

Why Ip So Simple

  • Simple, dumb, minimal, faster

  • End - to - end principle

    • done by software

  • more top layer choice

    • udp tcp

  • work at any link layer

    • 泛用性

features

  • End-to-end
  • 阻止 packets 永远 loop
  • TTL
  • Fragment packet
    • 链路层的带宽一定
    • Header提供信息帮助Fragment
  • Header to checksum
  • 可拓展，增加新的 options 到 header
  • Version
    • IPv4 32bits
    • IPv6 128bits

IPV4 image.png

  • Version： IPV 4/6
  • Total Packer Length ：Header and data | MAX = 64KB
  • Type Of service: how important is the packet
  • Packet ID
  • Flags | 帮助分段
  • Fragment Offset
  • Protocol ID：说明 data 是哪种类型，将 data 交给相应的 code 进行处理。（ == 6 ）
  • TTL

采用 three-way handshake 方法

  • SYN （Synch）
  • SYN / ACK
  • ACK

TCP

Forwarding table

Principle

  1. Packet Switching

  2. 在中间的Router使用Switching Table

  3. Simple packet forwarding
    • 交换机不需要任何关于flow的信息，可以处理independent packet
  4. Efficient sharing of links

Data traffic is bursty

  • Layering

  • Encapsulation

Big endian/ Little Endian

 在不同的架构主机采用的大小端不同，但是网络层统一为大端，网络编程提供了一些helper function帮助转化

网络顺序和主机顺序的转换

  • htons()

IPv4

Netmask 网络掩码：用于判断是否在同一个

网络掩码(Netmask)又称子网掩码 用于从IP地址中提取网络号或主机号。网络掩码就是结构为网络号全部是1，主机号全部是0的IP地址。

  • 如果在一个子网下，转发信息不通过router

LPM | Longest Prefix Match

路由表中的每个表项都指定了一个网络，所以一个目的地址可能与多个表项匹配。最明确的一个表项——即子网掩码最长的一个——就叫做最长前缀匹配。

之所以这样称呼它，是因为这个表项也是路由表中，与目的地址的高位匹配得最多的表项。

 **网络前缀越长，其地址块就越小，意味着路由就越具体(more specific)越准确**

Address Resolution Protocol | ARP

地址解析协议：在局域网中将IP地址映射到物理地址（MAC地址）的网络协议。ARP的主要作用是在同一网络中，设备通过已知的IP地址来获取目标设备的MAC地址，以便进行数据包的传输。

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  • Hardware：1（Ethernet）

  • protocol：0x0800（IP）

    • protocol address：IP地址

  • opcode：Request/Response

- 例子

#### 步骤：

  1. ARP请求：

    • 主机A生成ARP请求，内容为：

      • 源IP：192.168.1.2

      • 源MAC：AA:BB:CC:DD:EE:FF

      • 目标IP：192.168.1.3

      • 目标MAC：00:00:00:00:00:00（未知）

    • 主机A将该请求广播到局域网。

  2. ARP响应：

    • 主机B接收到ARP请求，发现目标IP匹配自己的IP地址，于是发送ARP响应，内容为：

      • 源IP：192.168.1.3

      • 源MAC：FF:EE:DD:CC:BB:AA

      • 目标IP：192.168.1.2

      • 目标MAC：AA:BB:CC:DD:EE:FF

    • 主机B将ARP响应单播回主机A。

  3. 缓存更新：

    • 主机A收到ARP响应后，将192.168.1.3和对应的MAC地址FF:EE:DD:CC:BB:AA存储在ARP缓存中，以便下次直接使用。

What is Internet layer

Internet