计算机网络（自底向上）（Chapter1-3）

一.  绪论

        ISP: Internet Service Provider，因特网服务提供商

        RFC：Request for Command 控制请求

        IETF：Internet Engineering Task Force互联网工程任务组，指定互联网标准的，比如RFC文档

        PDU：Protocol Data Unit协议数据单元，在物理层是bit，数据链路层是frame（帧），网络层是数据报（packet），传输层是数据段（data segment），应用层是消息（message）。

1.  互联网的结构：

       （1） Network Edge：

                hosts(end systems)：端系统，包括各种设备

                Client/Server Model：用户/服务商模型，一般指用户与提供服务者交互的平台，，比如浏览器、电子邮件等

                peer-to-peer model：用户之间连接的模型，比如很多社交软件等

        （2）Access Networks，physical media：一般指有线和无线的链路

        （3）Network core：路由器，网络中的网络

2.  关于网络核心：

        （1）packet switching分组交换

                特点：可共享，存在传输延迟与丢包

        考点：传输延时的计算

        （2）circuit switching链路交换：建立连接后直接将信号传输到终点

                 a. 特点：存在传输的频带宽度与容量限制；点对点传输，不能分享；带宽没被使用时是闲置的，也不能被其他设备使用

                 b. 分类：TDM（时分多路转换，time division multiplex），FDM（频分）

        （3）网络的网络

3.  分组交换网中的时延与丢包

        （1）时延：

节点传输时长=处理延时+排队延时+传输延时+传播延时（最后俩不一样嗷！！！）

        处理延时：检查比特错误，选择输出链路（小于ms级）

        排队延时：不固定，取决于排了多少（）

        传输延时：传输时延的意思是交换机packet经过排队时延之后，能传输你这个packet的时间，即把你这个packet推到链路上面需要的时间。假设packet长度为L，带宽为R，则传输延时为L/R（一般在ms到us级）

        传播延时：路由器A到B传播需要的时间，d/s

        （2）丢包：packet是在路由器的缓存里面进行排队的。如果路由器缓存满了就存不下了，那就丢包力~

二.  物理层（The Physical Layer）

1. 基本理论

        

        物理层是负责将基带信号编码、调制后进行传输的一层

2. 信道特性（Channel Characteristics）：

        （1）传播方式：单向、半双工、双工（半双工指的是可以双向，但任意一个时刻只能有一向在传输，双工就是都行）

        （2）传播速度：baud rate和bit rate（1个baud可以放n个bit，其中n可以自定，那这两个指标的转换就很简单了）

                Channo’s Formula：信号传输速率的上限C

,

        其中W为信号的频带宽度，S/N为信号的信噪比。

        实际上，由于存在传输失真，信号的传播速度要远低于C。

        （3）传播能力（channel capacity）：bps

        （4）频带宽度： Nyquist‘s Law

                1) For an ideal low-pass channel with the frequency bandwidth of W (Hz), its maximum symbol transmission rate = 2W Baud

                2) For an ideal band-pass channel with the frequency bandwidth of W (Hz), its maximum symbol transmission rate = W Baud

3. 编码方式（数字信号）

        1. NRZ编码（None-Return-to-Zero）

问题：怎么确定你是传输完了还是传输的是0信号？

        2. Manchester编码

1是下降沿，0是上升沿

优点：克服了NRZ的缺点

缺点：频率增加了一倍！这对信道的要求就变高了，同时频率放大的同时高频噪声也就多了

        3. Differential Manchester编码

1：每个周期的前半段幅值和上一周期后半段幅值相同

0：每个周期的前半段幅值和上一周期后半段幅值不同

这个频率虽然依旧比较高，但相当于上一种编码还是有所下降。

三.  数据链路层（The Data Linker Layer）

链路层目标：成帧，链路接入，可靠交付，错误检测与修正，流量控制

1. PDU：frame（帧）

2. Error Detection

（1）Parity Checking：微机原理讲过，不说了不说了

（2）CRC（Cyclic Redundancy Check） Checking：循环冗余检测

        核心原理就是在这一串数据后面补充一串冗余码（R），这一整串数据能整除校验码。接收方会同时收到数据和一个生成多项式G，如果余数是0就没问题，如果不是就说明传输错了。

        那么就有一个问题：G和R应该怎么确定？某一段长度的数据应该用多长的G才能保证既有效又高效呢？

        a. 一般来说，不同位数的数据会有不同的生成多项式公式（一般会给出来）。比如：

        b. R是用原数据按位异或生成多项式得出来的余数（你可以理解为不借位的除法）。得出来之后把R补在数据后面即可。

3. Reliable Data Transfer（可靠数据传输）

        （1）Stop-and-wait 停等协议

        （2）pipelined protocol

        （3）Go-Back-N Protocol

4. 链路接入：Media Access Control Protocol（MAC协议）

（1）Channel Partitioning 信道划分协议

        基本原理：将信道划分成多个部分以供用户单独使用其中的某一块。

        TDMA，FDMA（分别是时域和频域的划分）

        Code Division Mutiple Access这个常用于通讯领域。（我觉得看图很好理解就不说了）

（2）Random Access随机接入协议

        基本原理顾名思义，是一类占用全部信道传输的协议，效率不高。

        ALOHA，slotted ALOHA，CSMA（Carrier Sense Multiple Access载波监听）

        a. ALOHA：不管信道是否被占用，直接上传。这意味着极有可能发生碰撞。

        b. slotted ALOHA(时隙ALOHA)：假设帧长度都为L，这意味着传输帧的时间长度都为固定的t(=L/R)。那么节点只在时隙的起点上传帧。当发生碰撞时，产生一个重传概率p。之后该节点就会在后续的每个时隙中以p的概率重传自己的帧，直到成功。

        c. CSMA：先监测信道是否空闲。如果空闲就上传，不空闲就在空闲的时候上传。

            问题：信道传输的过程需要时间，这意味着有可能存在检测的时候信号还在路上，没传过来，但是监测是空闲，另一个节点就上传了，在信道中就有可能发生碰撞。

        d. CSMA/CD(Collide Detection)：假设信号传输的时间是τ，那按理来说发送节点A只要在2τ内没检测到碰撞就说明传输成功了。如果任意一方检测到碰撞，自己就立刻停止发送帧。

经历第n次碰撞之后，节点会在{0，1，……，2^n-1}中随机选一个数K，并在(k*512)/R的时间后重新传输数据。（R是数据的传输速度）

（3）Taking Turns 轮流协议

        主节点会要求自己的子节点（英文叫slave nodes，但我觉得还是叫子节点友好一点）轮流传输，如果没数据可传就下一个节点传。