Computer Networking

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Computer Networking

Internet

  • communication link: 通信链路
  • packet switch: 分组交换机
  • transmission rate: 传输速率
  • packet: 分组（发送数据的基本单位）
  • route / path: 路径（end-to-end path）
  • ISP: Internet Service Provider（互联网服务提供商）
  • protocol: 协议
  • TCP: Transmission Control Protocol（传输控制协议）
  • IP: Internet Protocol（网际协议）

packet switch 有两种著名的类型：router（路由器，作用于network core）和 link-layer switch（链路层交换机，作用于access networks）。

End systems access the Internet through ISPs.

Physical media

  • Twisted Pair (双绞线);
  • Coaxial cable (同轴电缆);
  • Fiber Optics (光纤)；
  • Radio (无线电)；

Network core

  • message: 报文
  • packests: 分组，把一个message break 成多个packet
  • store-and-forward: 存储转发（packet switch必须等到整个packet接收完才能转发）
  • end-to-end delay: 端到端时延。根据store-and-forward，如果经过了NN条link，每条link的transmission rate是RR，packet的长度是LL，则总的end-to-end delay是NLRN\frac{L}{R}。
  • queueing delay: 排队时延（当packet到达时，前面已经有packet在排队了）
  • output buffer/queue: 输出缓冲
  • packet loss: 分组丢失，也就是丢包（当buffer满了时，新到达的packet就会被丢弃）
  • circuit switching: 电路交换，在通信开始之前，先建立一个专用的通信线路（dedicated circuit），通信结束后再释放这个线路。电路交换的优点是通信质量好，缺点是资源利用率低。
  • packet switching: 分组交换，通信双方不需要建立专用的通信线路，数据以分组的形式在网络中传输。分组交换的优点是资源利用率高，缺点是通信质量不稳定（容易出现丢包）。

Multiplexing in Circuit-Switched Networks

  • Frequency Division Multiplexing (FDM): 频分复用，把频带划分成多个子频带，每个子频带分配给一个通信线路。
  • Time Division Multiplexing (TDM): 时分复用，把时间划分成多个时隙，每个时隙分配给一个通信线路。
  • Time slots: 时隙
  • Frame: 帧（TDM中每一个连接都在每一帧中拥有一个slot）

最后，还是分组交换更好，因为它的资源利用率更高。

Packet Switching

Delay

  • node processing delay: 节点处理时延，少于μs\mu s量级
  • queuing delay: 排队时延，不稳定，一般是msms量级或者μs\mu s量级
  • transmission delay: 传输时延（L/RL/R），msms或者μs\mu s量级
  • propagation delay: 传播时延（比如说光纤里面光传播需要的时间），msms量级

Packet Loss

  • traffic intensity: 流量强度，LaR\frac{La}{R}，其中LL是packet的长度，aa是packet到达的平均速率，RR是transmission rate。当traffic intensity大于1时，说明packet到达的速率超过了transmission rate，很可能产生丢包。
  • buffer overflow: 缓冲区溢出，当buffer满了时，新到达的packet就会被丢弃。

End-to-End Delay

dend−to−end=N(dproc+dtrans+dprop)d_{end-to-end} = N(d_{proc} + d_{trans} + d_{prop})

也就是不算queuing delay的情况下，end-to-end delay是每条link的delay的总和。

Throughput

指的是链路的吞吐量，符号是RR，单位是bps⁡\operatorname{bps}，指的是单位时间内成功传输的比特数。

Protocol Layers and Service Models

协议分层

  • application layer: 应用层。支持网络应用，如 FTP、SMTP、HTTP。
  • transport layer: 传输层。实现进程到进程的数据传输，如 TCP、UDP。
  • network layer: 网络层。实现数据报从源到目的的路由，如 IP、路由协议。
  • link layer: 链路层。实现相邻网络元素间的数据传输，如以太网、802.11（WiFi）、PPP。
  • physical layer: 物理层。实现比特在物理介质上的传输（“比特在链路上”）。

Security

  • virus: 病毒，需要宿主或者人为运行；
  • worm: 利用漏洞自动感染

几种攻击方式

  • DDoS / DoS ((Distributed) Denial of Service)，利用占满带宽让正常服务无法进行；
  • packet “sniffing”：嗅探攻击，得到敏感信息；
  • IP spoofing: 发送地址信息是伪造的包。

Application Layer

Structures

  • Client to Server
  • P2P (Peer-to-Peer)
  • Hybrid of client-server and P2P

P2P是用户和用户之间交互，可以减少服务器的负荷（经典应用BitTorrent(BT)）。

Processes communicating

Sockets