第0章 Overview

计算机网络的分层结构：沙漏结构

网络层不可靠传递：尽力而为，可能丢包

第1章 Introduction

1.1 计算机网络与互联网

计算机网络：通过通信技术连接的独立计算机的互连集合
计算机网络提供的服务：通信、资源共享
从“螺栓螺母”视角看互联网：
1. 设备：主机、终端
2. 连接：光纤、铜、无线电、卫星
3. 路由器：通过网络转发数据包
4. 协议：控制收发消息的规定
从服务视角看互联网：
1. 使用通信设施进行通讯的分布式应用
2. 通信服务分为无连接与面向连接的服务
TCP可靠性：三次握手（建立链接）+四次挥手（双向确认结束）

1.2 网络边缘与网络核心

互联网结构：
- 网络边缘：应用程序、主机、资源
- 网络核心：路由器、通讯设备等网络交换节点
- 接入网和物理媒体
网络边缘：
- 端系统（主机）：运行应用程序
- 端对端通信
  - 客户/服务器模式（C/S）：客户端向服务器发送请求，服务器为客户端提供服务
  - 对等模式（P2P）：无固定的客户端或服务器
网络核心：
- 结构：网状结构的互联路由器
- 功能：支持终端通讯
- 信息传输方式：线路交换(circuit switch)、报文交换(message switch)、分组交换(packet switch)
线路交换：
- 端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫
- 优点：性能好
- 缺点：资源独占，不共享；不适合计算机之间的通信（呼叫方式建立连接时间长，计算机之间的通信由突发性，如果使用电路交换，则浪费的片多）
- 电话网络中的线路交换：直接建立线路连接、交换机
- 计算机网络中的线路交换：
  - 三阶段：建立线路连接、数据传输、线路释放 
- 共享连接：将连接的片段分给呼叫，以减少叫后不用带来的浪费
  - 频分FDM
  - 时分TDM
  - 空分
分组交换：将端到端的数据流分组，每组按固定格式传输

分组是定长的，且必须加上报头（Header）
- 报头（Header）中包含控制信息，包括：源地址与目的地址、序列号、协议版本、分组总长等
传输：每个分组在网络中按照报头（Header）中路线传输，每次传一跳（hop，即一个路由器）
存储转发网络（store and forward）：路由器接收到完整分组后，先存储，再转发
- 时延：
  
  传输时延（Transmission delay）：一个站点从开始发送数据到数据发送完毕所需要的全部时间
  
  传播时延（Propagation delay）：发送端开始发送数据到接收端收到数据所需要的全部时间
- 分类：
  
  数据包网络：每个分组的目的地址决定下一跳（hop），通信前无需建立连接，路由器根据当前分组的目的地址路由，类似问路，动态可变
  
  虚电路网络：每个分组自带标签（虚电路标识 virtual circuit），建立呼叫时确定路径，不可改变，由路由器维持呼叫状态信息，静态不可变
- 流水线技术：每个环节并行工作

优点：分组传输时采用链路最大带宽传输
统计多路复用技术：在一条线路上同时传递多个包时，包间没有固定顺序

线路交换与分组交换的对比

	优点	缺点	适用场景
线路交换	带宽有保证，通信性能可靠简单抽象，无需担心数据包无序或丢失转发简单，开销少	带宽浪费连接阻塞，资源不足无法服务网络节点需存储所有连接的信息存在连接延迟
分组交换	可靠性优势，错误不传递统计多路复用提高效率可部署性优势，更容易建立网络	存在阻塞问题，路由器结构更复杂，难以提供良好的网络服务难以保证可靠数据传输	突发式数据传输

1.3 网络接入与物理媒体

端系统与边缘路由器的连接方式：住宅接入网络、单位接入网络、无线接入网络
- 住宅接入网络：
  - 点对点传输：调制解调器拨号（不能同时启动多个设备）、非对称数字用户线路ADSL（上行下行速度不同）
  - 电缆调制解调器：混合光纤同轴电缆HFC
  - 光纤到户FTTP：结构：光线分配中心FDH - 光线分配终端FDT - 光纤线路中断OLT，FTTP有单位用户的最高理论容量：1G bps
- 单位接入网络：有线局域网，仍为电缆连接
- 无线接入网络：无线局域网
物理媒体
- 分类：引导型媒体（有线，如同轴电缆、光纤、双绞线）、非引导型媒体（无线，如无线电）
  - 双绞线：两根绝缘铜线拧合
    - 通用标准：T568A、T568B

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```
- 连接方式：直通线（对应位相连，计算机-交换机/设备）、交叉线（12-36，45-78，设备-设备）
```

- 同轴电缆：两根同轴铜导线
- 光缆：高速、低误码率
- 无线电：用开放空间的电磁波传输数据，双向
  - 地面微波：直线传播，中继站转发
  - 广域网LAN
  - 广域wide-area，eg：蜂窝
  - 卫星：适合广播通信
- 对比：

- 理论极限容量：香农定理： $C=B\log_2(1+\frac{S}{N})$ ，其中 $\frac{S}{N}$ 为信噪比， $1dB=10\log_{10}\frac{S}{N}$
  
  传播速度极限：光纤理论最高速度为 $0.66c$

1.4 传输技术

消息传播方式：单播、多播、广播
- 单播：计算机成对连接，严格从发送端传输到接收端
- 多播：一个发送端，多个接收端
- 广播：所有计算机使用同一通信频道

1.5 类型与拓扑结构

按地理分类：局域网LAN、城域网MAN、广域网WAN
- 局域网：使用广播技术，拓扑结构简单：总线、环形、星形、树形拓扑结构
- 城域网：使用广播技术，可拓展性好：分布式队列，双总线结构DQDB（Distributed Queue, Dual Bus）

广域网：网状拓扑结构，包括两个子网络：资源子网、通信子网
- 资源子网：负责信息加工，包括计算机、终端、程序等
- 通信子网：负责信息传递与分发，包括路由与交换机

计算机网络拓扑结构：网络中各种组件的排列方式

总线拓扑：所有网络设备连接到公共电缆，一个主机故障则整个网络故障
星形拓扑：所有设备连接到交换机，一条电缆故障不会影响整个网络

因特网拓扑结构：网络的网络
- 特点：分层，每层由运营商ISP构成，层内彼此平等，低层ISP可视为高层ISP的用户

1.6 网络性能

连接的属性：
- 延迟Latency：数据在连接上传输的时间
- 带宽Bandwidth：单位时间传送数据量
- 带宽延迟积BDP Bandwidth-delay product：单位时间线路上的总比特数 $BDP=delay \times bandwidth$
- 利用率 Utilization：单位时间到达比特数Arrival除以传输比特数Bandwidth， $\rho=\frac{A}{B}$
延迟：数据包到达链路的速度超过输出链路速度

丢包：路由器中自由缓冲区满时到达的数据包丢掉
数据包延迟 = 节点处理时间Nodal processing + 排队时间Queuing + 传输时间Transmission + 传播时间Propagation

往返时间RTT：从发送方发送完数据，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间

1.7 协议层与服务模型

协议：规定同层之间如何通信，包括语法Syntax（协议结构）和语义semantics（表示信息）
- 特点：分层结构
- 优点：模块化、抽象方法、可重用
- 层封装：

服务：由低层提供给高层的一组通信能力和操作，通过服务原语定义

类型：面向连接服务（eg：线路交换、虚电路分组交换）、无连接服务（eg：数据包分组交换）

接口：进行相邻层间的数据的解析与封装

服务vs协议：
- 服务：低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力，是通过原语(primitive)来操作的，垂直关系
  
  协议：对等层实体(peer entity)之间在相互通信的过程中，需要遵循的规则的集合，水平关系
- 本层协议的实现要靠下层提供的服务来实现；本层实体通过协议为上层提供更高级的服务

1.8 体系结构、OSI、TCP/IP模型

定义：
- 网络架构：一组层 + 协议 + 层间接口
- 协议层次结构：按照层次结构构建网络必须提供的服务
- 协议栈：特定系统使用的协议列表
ISO/OSI参考模型
- 七层结构：

物理层：在通过单个物理链路连接的两个系统之间传输比特流bits，eg: 光纤、无线

数据链路层：允许直接相连（物理连接）主机间通过帧frame交换信息，实现了点到点传输
- 协议：路由、媒体访问控制MAC
网络层：实现源主机到目标主机之间多转接结点的传输，数据单元为数据包package，通信子网最高层
- 协议任务：构建路由表，eg：IP
- 特点：不可靠传输
运输层：从会话层获取数据，必要时对数据进行分割，然后将数据传递给网络层，提供主机两个进程之间数据的可靠传输，数据单元为数据段Segment
- 协议：可靠性、流量控制、大信息打包、框架，eg：TCP、UDP
- 特点：可靠传输
会话层：管理会话之间逻辑连接，组织、协调两个会话进程之间的通信

表示层：数据转换，协商和建立数据交换的格式，解决各应用程序之间数据表示上的差异

应用层：提供给用户的各种服务，eg: HTTP，email
数据封装过程：

TCP/IP参考模型
- 四层结构：

第2章 The Physical Layer

2.1 物理层介绍

功能：在传输线路上进行透明的、可靠的比特流收发

物理特性：机械特性mechanical、电气特性electrical、功能特性functional、过程特性timing

2.2 数据通信基础

两种转换：信源编码、信道编码
物理层传输的问题：衰减attenuation、失真distortion、噪声noise
带宽B：信道允许通过的频率范围、每秒传输的比特数
波特率/码元速率/信号率baud rate：信号每秒变化的次数，单位 $Baud/s$

比特率bit rate：每秒传输的比特数，单位 $bps$

$S=B*\log _2v=\frac{1}{T}*\log_2v$ ，S为比特率，B为波特率，T为频率周期，v为码元数
奈奎斯特准则：对无噪声干扰的低通信道，带宽 $H$ Hz，进行 $2H$ 采样时可以重建信号

$最高波特率=2H$ ， $最高比特率=2H\log_2v$
香农公式：对有噪声信道， $最高比特率=H\log_2(1+\frac{S}{N})$

2.3 传输介质

2.4 调制与数据编码

信号类型：模拟信号（调制-解调）、数字信号（编码-解码）
数字数据传输：
- 基带数据传输base-band：不改变数字信号直接传输，要求低通信道，0~HHz
- 通带数据传输pass-band：高频载波信号传输数据
数字数据-数字信号编码：
- 传输方式：
  - 不归零编码 NRZ-L： 0低电平，1高电平
  - 不归零翻转编码 NRZI： 0不变，1翻转
  - 曼彻斯特编码：中心跳变，周期内0由低到高，1由高到低
  - 差分曼彻斯特编码：中心跳变，0边界翻转，1边界不翻转
  - 块编码 mB/nB ：将mB块组映射为nB块组，一般与前面的编码方式联合使用，eg： 4B/5B encoding -> NRZ-I encoding -> transmit -> NRZ-I decoding -> 4B/5B decoding
    
    （插图未导入）
- 对比：曼彻斯特编码产生信号的频率高于不归零制，曼彻斯特编码有自同步能力（中间位用于时钟同步）
带通传输：
- 用特定频率做载波信号传输，需要调制，传输数字信号
- 数字信号调制：
  - 调幅 ASK、调频 FSK、调相 PSK
    
    （插图未导入）
  - $M_{ary}$ 调制，增加码元信号值： $M_{ary}ASK$ 、 $M_{ary}PSK$ 、 $M_{ary}FSK$ ， $M=2^k$
    
    （插图未导入）
  - 正交幅度调制 QAM
模数转换：
- 数字信号抗噪声效果更好，易恢复、校正、放大，因此一般将模拟信号转化成数字信号传输
- 脉冲编码调制 PCM ：采样-量化-编码
  - 采样：对原始模拟信号采样，采样频率 $f_s \geqslant 2f$
  - 量化：均匀量化
  - 编码：对每个量化值分配编码，码元比特数 $n_b=\log_2L$
  - $Bit\space rate = n_b \times f_s$
- 增量传输 Delta Modulation ：DPCM
数据传输：
- 并行：所有比特位同时传出
- 串行：异步（按字节传输，每个字节需要start/stop位）、同步（按帧传输，每个帧需要start/stop位）、等时（固定间隔，不需要start/stop位）

2.5 多路复用

分类：
- 模拟信号：
  - FDM：频分多路复用，多个信号在不相交的频段上传输
  - WDM：波分多路复用
- 数字信号：
  - TDM：时分多路复用，每个时间框分成多个时间槽，分配给每个通道使用
    - 同步时分多路复用 Synchronous ：每个通道划分固定时间槽，每个时间框同时传输
    - 统计时分多路复用 Statistical ：根据需求动态分配时间槽
    - 异步时分多路复用 Asynchronous
  - CDMA：码分多路复用，每个bit位对应一个k位码片，码片互相正交
扩频技术：
- 跳频扩频 FHSS ：一个码元一个传输频率
- 直接序列扩频 DSSS ：将数字信号与更高数据速率的位序列（伪随机数 PN ）组合（称为削片码）来传播信号
- 跳时扩频 THSS
- 宽带线性调频 CSS

第3章数据链路层

3.1 介绍与服务

功能：在两台物理连接（相邻）的机器之间传送数据链路帧，在不可靠的物理层连接上实现可靠传输
连接类型：点对点链路、广播链路
向网络层提供的服务类型：
- 不确认的无连接的服务：不建立连接，源计算机发送给目的计算机，目的计算机不确认，传输失败不恢复
- 确认的无连接的服务：不建立连接，需确认，失败重传
- 确认的面向连接的服务：建立连接，传输的每个帧都编号，需确认

3.2 帧

帧是数据链路层的传输单元
帧的同步化
- 字符计数：每一帧的开头指出字符数
- 用字节或字符填充标记字节：特殊ASCII码字符序列标记帧的开始和结束，透明传输，eg：ESC
- 带位填充的起始和结束标志：使用特定比特序列标记帧的开始和结束，eg：01111110
- 物理层编码冲突
- 帧间插入时间间隔

3.3 错误检测与纠正

差错类型：比特错误、传输错误（帧损坏、帧丢失）
比特错误纠正方法：
- 纠错码：向前纠错FEC(forward error correction)
- 检错码 + 纠错技术
纠错码：能够检测与纠正错误，依靠发送端的冗余信息
- 海明码：
  - m位信息码，r位纠错码，海明码有1位纠错能力条件： $m+r+1 \leq 2^r$
  - 海明距离：两个二进制数不同位的个数
  - d个错，海明码检错条件：海明距离至少d+1，海明码纠错条件：海明距离至少2d+1
- 二进制卷积码 binary convolution code
检错码：
- 奇偶校验 Parity check ：奇数位错误可检出，偶数位错误不可检出，无校验能力
  - 二维奇偶校验：1位纠错能力，2/3位检错能力，4及以上无法检错
- 循环冗余校验 CRC Cyclic Redundancy Check
  - 基本原理：在p位二进制数据序列后面附加r位二进制检验码，检验码由原始数据与生成多项式做除法生成，可检测传输错误，生成多项式是二进制数，由发送方和接收方约定
  - 接收方用收到的二进制数除生成多项式，等于0则没有错误
  
- 校验和 Checksum
错误控制
- 纠错码 FEC ：不保证可靠传输
- 错误检测+自动重传请求 Error Detection + ARQ Automatic Repeat Request ：
  - ED：二维奇偶校验、循环冗余校验、校验和、确认、序列
  - ARQ作用：无差错、无冗余、无损失、顺序不变 -> 将数据链路由不可靠转化为可靠
    - 类型：Stop-and-Wait ARQ、Go-Back-N ARQ、Selective Repeat ARQ
流量控制
- 停止等待协议：发送方收到接收方确认后传输下一帧
- 滑动窗口协议：发送方一次发W帧

3.4 停等协议

协议定义：发送一帧之后需等待确认，之后发下一帧
乌托邦单工协议：
- 假设：数据单向传递，信道无差错，无限缓存空间，发送方接收方始终在线，处理时间可以忽略
- 特点：无Ack、Seq，无差错控制、流量控制，唯一事件是 frame_arrival
无差错信道上的单工停止等待协议:
- 假设：数据单向传递，信道无差错，接收方缓存有限，发送方需确认Ack，超时重传
- 特点：有Ack、无Seq，帧损坏或帧丢失接收方不反馈Ack，重传
- 过程：发送方发送帧 -> 接收方收到并发送Ack -> 发送发收到Ack后发送下一帧
有噪声信道上的单工停止等待协议：
- 假设：数据单向传递，信道不可靠，接收方缓存有限，需确认Ack、Seq，超时重传
- 特点：有Ack、Seq，Seq只有0/1，帧损坏、帧丢失、乱序帧需重传
- 过程：发送方发送帧 -> 接收方收到并发送Ack+Seq -> 发送发收到Ack+Seq后发送下一帧
链路利用率 $U=\frac{t_f}{t_T}=\frac{T_{trans}}{2\times T_{prop}+T_{trans}}=\frac{1}{2\times \alpha+1}, \alpha=\frac{t_{prop}}{t_{trans}}$ ，忽略处理时间、接收方Ack传输时间

提升效率：滑动窗口协议，流水线

3.5 滑动窗口协议

内容：允许一次传输多帧，发送方与接收方各维护一个等大缓冲区（滑动窗口），帧有编号
- 发送窗口维护允许发送的帧的范围，包括发送指针（右）和接收确认指针（左），大小不固定
- 接收窗口维护允许接收的帧的范围，包括接收指针（右）和发送确认指针（左），大小固定
累计确认：Ack n 表示已累计收到n帧，即一次Ack可确认多帧
全双工通信：两个独立信道，可同时在两个方向传输
滑动窗口协议分类：
- 1 bit sliding window protocol ARQ：发送窗口大小为1，接收窗口大小为1
  - 链路利用率： $U=\frac{L/R}{RTT+L/R}$
  - 改进：流水线技术，一次传w帧， $U=\frac{w\times L/R}{RTT+L/R}$
- go back n ARQ（GBN）：发送窗口大小大于1（ $< 2^n-1$ ），接收窗口大小为1，接受方必须按发送顺序确认
  
  出错处理：接收方丢弃从出错帧开始的所有帧，直到出错帧正确传输；发送方回退至出错帧全部重传
- Selective Repeat ARQ：发送窗口大小大于1（ $< 2^n-1$ ），接收窗口大小大于1，只有出错帧重传
  - 接收端发出Ack i后窗口移动到第i位，Ack i表示前i帧已收到

- 流水线技术：提高信道利用率
序列字段大小n、滑动窗口最大尺寸W、通道最大利用率U的关系
- $W=2^n-1$ ， $W=2\times BD(带宽延时积)+1=\frac{1}{U}$ ， $BD=\frac{T_{prop}}{T_{trans}}$

3.6 HDLC 与 PPP 协议

高级数据链路控制HDLC, High-Level Data Link Control：ISO标准的数据链路协议，针对点对点链路
- 数据帧格式：

- 标志字段：01111110(7EH)
- 控制字段：前两位帧类型：信息帧、监督帧、无编号帧，后六位根据帧类型定义
- 帧校验序列：16位CRC校验，多项式为 $x^{16}+x^{12}+x^5+1$
点对点协议PPP, Point-to-Point Protocol，为因特网数据链路层协议，针对点对点链路
- 将IP数据包封装到串行链路的方法
- 子协议：
  - 链路控制协议LCP(link control protocol)：发送端和接收端通过发送LCP包来确定在数据传输中的必要信息，用于建立点对点链路
  - 网络控制协议NCP(Network Control Protocol)：用于对多种网络协议进行配置协商
- 帧格式：

- 不提供的功能：无错误控制与恢复、无流量控制、无序传输、不支持多点链路

4. 介质访问控制MAC Medium Access Control

4.1 MAC

共享信道的广播网络的数据链路层使用介质访问控制子协议MAC
- 关键技术：信道分配（效率、公平、浪费时间最小）
  - 静态信道分配：用户静态分配带宽FDM或时间槽TDM，低效、性能差
  - 动态信道分配：MAC
MAC：
- 位置：数据链路层靠近物理层的子层，上一个子层为逻辑链路层
（插图未导入）
- 分类：信道划分、随机接入、受控接入协议
  - 信道划分介质访问控制 Channel partitioning：时分、频分、码分
  - 随机访问介质访问控制 Random access：不划分信道，允许冲突，冲突时恢复
  - 轮询访问介质访问控制 Controlled-access protocols：节点按顺序共享介质，公平
随机接入 Random Access：
- 关键问题：如何检测冲突、冲突后如何恢复
- 分类：纯AlOHA协议 pure ALOHA，时隙ALOHA slotted ALOHA，CSMA，CSMA/CD，CSMA/CA
- 纯ALOHA协议 pure ALOHA：允许用户自由发送数据，发生碰撞时冲突帧丢弃，利用回退机制返回帧状态，丢弃帧重传
  - 吞吐率： $S=G \times e^{-2G}$ ， $S_{max}=0.184,G=\frac{1}{2}$ ，G是每秒发送帧的个数，实际发送成功的帧的个数等于G*S
- 时隙ALOHA协议 slotted ALOHA：将时间划分为时间槽，时间槽大小等于帧传输时间，仅时间槽开头可发送帧
  - 吞吐率： $S=G \times e^{-G}$ ， $S_{max}=0.368,G=1$ ，G是每秒发送帧的个数，实际发送成功的帧的个数等于G*S
- 载波监听多路访问 CSMA, Carrier Sense Multiple Access：监听信道，空闲时可发送帧，信道忙时不可发送帧
  - 冲突原因：传播时延，传播时延越长性能越差
  - $易受攻击时间=t_{prop}$
  - 分类：无坚持CSMA，1坚持CSMA，p坚持CSMA
    - Non-persistent：信道忙则等待随机时间后重新监听信道，空闲立刻传输，由于推迟监听，冲突减少，核心是减少冲突
    - 1-persistent：信道忙则持续监听信道，空闲立刻传输，冲突则等待随机时间后重传，核心是减少传输时间
    - p-persistent：信道忙则持续监听信道，空闲时以概率p发送，1-p时等待 $t_{prop}$ 到下一时隙，下一时隙仍按概率p发送
- 含冲突检测的载波监听多路访问 CSMA/CD CSMA with Collision Detection：传输时发送方仍然监听是否冲突，有冲突则停止发送并发出干扰序列 jam sequence，告知所有站点发生冲突，等待一段随机时间后恢复
  - CSMA/CD广泛用于总线结构LANs
  - 检测冲突：收发器检测信号，观测到信号超过传输功率则说明冲突发生
    
    （插图未导入）
  - 争用期：最差情况下需要两倍传播时延才能检出冲突
  - 约束： $帧传输时间\geq 冲突检测时间=2*t_{prop}+jam \space sequence \space transmission \space time$
  - 最小帧长 $L_{min}=Ra=2R(\frac{S}{0.7c}+T_{phy})$ ，R为数据传输速率， $T_{phy}$ 为物理层延迟
- 含冲突避免的载波监听多路访问 CSMA/CA CSMA with Collision Avoid：
  - CSMA/CA常用于**无线网络 **Wireless networking，CSMA/CD不可用于无线局域网
  - 解决了隐蔽站点问题 hidden terminal problem
  - 过程：
    - A监听到信道空闲，等待DIFS后仍空闲则发送B一个RTS
    - B收到RTS后等待SIFS，之后发送A一个CTS，成功建立连接
    - AB之间互发信息之前需等待SIFS

4.2 LANs and IEEE 802

局域网 LANs：
- 特点：私人拥有、小空间、高速度、高可靠性
- 拓扑结构：物理拓扑结构、逻辑拓扑结构
IEEE 802 参考模型：规定了数据链路层分2层协议层次结构，MAC、LLC（logical link control）

4.3 以太网 Ethernet

基本信息：
- 拓扑结构：总线结构、星形结构、树形结构
- 信号：数字信号，基带传输
- 基于协议：IEEE 802.3 MAC，即CSMA/CD
- 传输媒体：同轴电缆、双绞线、光缆
以太网帧结构：

帧内元素：
- 前置字段 Preamble：同步时钟频率，包括7个字节的10101010和1个字节的10101011
- 地址 Address：6个字节，物理硬件地址MAC，需要适配器进行物理地址到逻辑地址的转换
- 类型 Type：指出高层协议的类型
  - 大小：64B - 1518B

以太网使用1-persistent CSMA/CD：线路理想则立即发送，线路忙则等待随机时间后再检测，发生冲突则广播jam信号，等待随机时间后恢复，等待时间由指数回退算法确定
- 指数回退算法： $R=random[0,2^{k-1}],WaitingTime=R\times SlotTime$
  
  $k=\min(retransmission,10)$
  
  $SlotTime=2*propagation \space delay+Jam \space sequence \space transmission \space time \\=51.2us(以太网10Mbps)$
- 失败16次后会放弃，并报告失败
- 无冲突时最大吞吐率 $T=\frac{L}{t_{prop}+t_{trans}}$ ，最大效率 $U=\frac{T}{R}=\frac{1}{\alpha+1},\alpha=\frac{t_{prop}}{t_{trans}}$ ，R为数据传输速率
Switched Ethernet：将网络划分为多个子网络，之间由高速交换机switch连接

（插图未导入）
- 交换机代替主机：解决了Ethernet Hubs结构冲突传播的问题，冲突只在冲突域内传播

4.4 无线局域网 Wireless LAN

MAC功能：
- 可靠数据传输：
  - 帧交换协议：Ack
  - 一次交换4帧
- 访问控制：
  - 分布式协调功能DCF：基于竞争，CSMA/CA
  - 点协调功能PCF：无争用，集中式访问协议
  DCF、PCF被集成在一个超帧中
- 安全

4.5 局域网互联 LAN Interconnection

网络互连：不同设备在不同层次进行交换
- 物理层：电信号，中继器repeater和集线器hub
- 数据链路层：帧，网桥bridge和交换机switch
- 网络层：数据包，路由器router
- 传输层及以上：消息，网关gateway
中继器Repeater和集线器Hub：存在冲突传播，不支持不同局域网设备，对最大节点数和距离有限制
网桥Bridge：通过MAC连接两个或多个局域网，并传输帧
路由器Router：连接不同子网，对主机不透明
网关Gateway：连接不同体系结构的网络，进行地址映射、报文格式转换、网络协议转换
网桥/交换机和路由器的结合：网桥自学习算法learning bridge algorithm、生成树算法spanning tree algorithm

4.6 LAN Switching

网桥：连接两个或多个局域网，并传输帧，每个局域网有自己的冲突域，网桥连接的局域网称为扩展局域网

交换机：基于硬件的交换结构构成专用通道，分割冲突域

（插图未导入）
- 交通隔离：交换机将子网划分为局域网段，每个局域网段为一个冲突域collision domain，不同网段间通常不传输帧
直通交换 Cut-Through Switching：
- 提出原因：缓冲帧花费的时间占总延迟的很大一部分
- 要求：尽早开始传输，重叠传输
- 特点：延迟为传输帧头的时间，即检查帧头后开始传输
- 自学习机制：辅助确定帧传播路径
  - 交换机维护一个交换机表switch table**(MAC Address, Port, Age)**
    
    MAC address：目标地址，Port：输出端口，Age：该条记录存在的时间
  - 原理：若目的MAC地址有记录则按照记录的路径传输，否则洪泛（向交换机所有接口广播），并更新交换机表
- 缺点：洪泛会导致消息循环loop -> 生成树算法Spanning Trees
IEEE 802.1d规定生成树协议STP，网桥通过网桥协议数据单元BPDU构建生成树，称为透明网桥
- 网桥ID BID：标识每个网桥，包括（Bridge Priority(2B), MAC Address(6B)），优先级越小越容易选中
- 根网桥Root Bridge：最小ID的网桥，ID相同时选MAC地址最小的
- 根端口root port：非根网桥到根网桥距离最小的端口
- 工作原理：选出根网桥，所有非根网桥选择到达根网桥的最短路径，之后选择根端口和指定端口，完成生成树建立，当网络拓扑结构变化时，交换机自动启动备份链路
- 无广播风暴，无MAC表震荡，无多帧复制

4.7 虚拟局域网VLAN

优点：可划分广播域、更高的安全性、软件配置
虚拟局域网中继VLAN Trunk：点到点链路，一个端口可以承载多个VLAN的流量

使用帧标记Frame tagging区分VLAN，由交换机自动插入删除

虚拟局域网中继协议 VLAN Trunk Protocol

5. Network Layer

5.1 网络层与设计问题

网络层工作结构：
网络层任务：了解子网拓扑结构，选择正确路径传输数据包，源主机与目的主机不同网络时处理
网络层功能：
- 异构网络互联
- 转发与路由
包交换方式：分组交换，包括虚电路分组交换（面向连接）、数据报分组交换（无连接）
- 虚电路分组交换virtual circuit：建立虚电路表（入端口，入虚电路号，出端口，出虚电路号），第一个分组探索、建立虚电路表，后续分组按虚电路表传输而不需要目的地址，传输路径固定
- 数据包分组交换datagram：路由表（目的地址，输出端口），不需要建立连接，传输路径不固定，可能乱序到达
  - 目的地址选择：最长前缀匹配

5.2 路由算法

转发：将包从路由器输入传输到合适的路由器输出，本地动作

路由：建立与维护源地址到目的地址的路由表，由路由算法决定，全局规划
路由算法：确定与维护路由表，决定源地址到目的地址的最佳路径
- 分类：非自适应路由选择算法（静态路由）、自适应路由选择算法（动态路由）
  - 非自适应路由选择算法：最短路径优先算法Dijkstra、洪泛算法flooding
  - 自适应路由选择算法：距离向量路由算法Distance Vector Routing、链路状态路由算法Link State Routing、层次化路由算法
- 自适应路由选择算法分类：集中的、独立的、分布式的
  - 汇集树：从源到给定目的地的一组最优路由形成的树
洪泛算法Flooding：广播，利用跳步计数器/生存期限制一个包的广播次数，避免广播风暴（在数据链路层，交换机无法使用这一技术，必须预先去除环结构）
距离向量路由算法：基于Bellman-Ford算法，每个结点维护一个距离向量表（目的地，下一跳，距离）
- Bellman-Ford算法： $d_x(y)=\min_{z}(d_z(y)+w(x,z))$
  - 特点：迭代、异步、分布式
- 距离向量表更新：每个结点周期性地将自己的距离向量表发送给相邻结点，用于更新距离
- 存在无穷计数问题：一个节点断开后，其他节点距离会逐渐增大到无穷大
- 慢收敛问题的解决：
  - 有限计数：使用有限数代表无穷大（不可达）
  - 水平分割split horizon：如果 Z 通过 Y 到达 X，则 Z 不将X通告给Y
  - 毒性逆转poisoned reverse：如果 Z 通过 Y 到达 X，则 Z 将X通告给 Y，但X的距离为无穷大
    - 不能完全消除路由回路问题
链路状态路由算法Link State Routing：每个路由器维护整个网络的拓扑图，将直接连接信息定期洪泛，在收到距离向量后，路由器更新本地拓扑图并重新计算最短路径
层次化路由算法：路由器分区，每个路由器维护包括区内路由器与其他区域距离的路由表

5.3 拥塞控制算法congestion

拥塞控制方法：增加传输能力/减少通信量
- 分类：开环：事先预防，不利用反馈，闭环：反馈后解决
虚电路拥塞控制：拥塞时拒绝建立虚电路，选择替代路由建立新的虚电路，预先协商电路以流出缓冲区
数据包拥塞控制：抑制包（choke packet）：拥塞时向拥塞数据包的源主机返回一个抑制包，源主机收到后按一定比例减少发向特定目的地的流量，并在固定时间间隔内忽略指示同一目的地的抑制包

5.4 IP

因特网可视为许多自治系统AS Autonomous System的集合，网络IP协议将这些网络连接起来
IP数据包格式：IP header（最少20字节）+data

（插图未导入）
IP数据包分段与重组：
- 最大传输单元MTU：IP数据包的最大长度
- 分段传输：一个数据包划分为若干段数据包，包头每个数据包都复制一份，只在目的地址重组
- offset字段13位，以8字节块为单位，表示当前数据包相对未分段数据包的偏移量

IP地址：
- 32位，用于标识主机和路由器的接口，主机1个IP，路由器多个IP，因特网设备IP无重复
- 地址表示：二进制、十进制，点号分隔4个字节
- IP地址分配方案：有类寻址、子网、无类寻址、网络地址转换
有类寻址classful addressing：IPv4地址划分方案
- 将32位地址按照第一个字节内容划分为5类：A（0-127块，每块16777216个地址）、B（128-191块，每块65536个地址）、C（192-223块，每块256个地址）、D（224-239块）、E（240-255块）
  
  （插图未导入）
- IP地址分两层：网络号netid、主机号hostid，路由器鉴别位置在netid、hostid之间
- 一个局域网上主机或路由器的IP地址网络号一样，路由器每个接口都有一个不同网络号的IP地址，唯一标识一个子网
- IPv4的问题：B类网不够用，C类网没人用；小网络的路由表太大，浪费资源
  - 解决：划分子网Subnet，无类别域间路由CIDR，网络地址转换NAT
子网subnetting：
- 方法：将一个网络划分为多个子网，解决网络IP浪费的问题
- IP地址分三层：网络号netid、子网号subnetid、主机号hostid，路由器鉴别位置在netid、subnetid之间
  
  （插图未导入）
- 子网掩码：将IP地址划分为网络号（netid+subnetid）和主机号（hostid）， $网络地址=IP \and Mask$
  - 子网掩码不需要与字节边界对齐
  - 子网掩码可以不连续
  - 全0子网与全1子网不可用
- 子网转发报文：
  1. 用掩码取出目的地址网络号，若 $destip==subnetip$ ，则在同一个子网上传输；否则将报文转发给路由器
  2. 路由器根据路由转发表传输，转发表结构：(subnet, mask, nextHop)
无类寻址classless addressing：无类别域间路由CIDR Classless InterDomain Routing
- 目标：在最小化路由器需要知道的路由数量与高效分发地址之间取得平衡
- 内容：不再按5类划分网络，IP地址子网长度任意，地址格式：a.b.c.d/x，x表示IP地址中子网位数
  - IP地址根据x划分为Prefix+Suffix，总长32位，Prefix：块中所有地址共用，用于区分块，Suffix：区分块中地址
- 作用：将多个网络合并成一个大的网络，称为超网
- 路由汇聚route aggregation：将路由表中prefix相同且nextHop相同的地址合并成一个CIDR地址，以减小路由表大小
  - 当一个IP在路由表中有多个prefix匹配时，按最长匹配原则选择
  - 分层寻址：prefix逐层汇聚，形成树状结构
- 优点：灵活分配不同块的大小
网络地址转换NAT Network Address Translation
- 意义：快速修复IP地址耗尽的问题
- 内容：为每个公司分配唯一的IP地址（NAT IP Address），公司内部每个主机都有一个唯一内部IP地址，当数据包到达公司IP时进行地址转换，传给内部某主机IP
  - 三个地址域被声明为私有，用于该分配方案：10.0.0.0-10.255.255.255/8、172.16.0.0-172.31.255.255/12、192.168.0.0-192.168.255.255/16
  - 对外部世界，公司内部的IP分配时不可见的；公司内部数据传输到外界时，都使用公司的唯一IP
- NAT路由转发表记录每个((source IP address, port #), (NAT IP address, new port #))对，NAT路由表进行替换：
  - 输出数据包：(source IP address, port #) -> (NAT IP address, new port #)
  - 输入数据包：(NAT IP address, new port #) -> (source IP address, port #)
  （插图未导入）
- 缺点：违反端到端的观点，两个NAT主机难以建立连接
IP数据包的路由与转发：
- 按照是否在同一子网分类：直接交付direct delivery、间接交付indirect delivery
- 路由根据路由表中内容分类：
  - 下一跳路由Next-hop routing：(host destination, next hop)，当前子网
  - 网络特定路由Network-specific routing：(network destination, next hop)，mask不是全1
  - 特定主机路由Host specific routing：(host destination, next hop)，mask全1
- 路由表包括default routing，只有这个位置允许路由0.0.0.0/0
- 路由表至少四项内容：(mask, destination network address, next hop address, interface)
互联网控制报文协议ICMP Internet Control Message Protocols

作用：在主机和路由器之间传输IP状态和错误消息
ICMP是IP数据包的有效负载：

（插图未导入）
ICMP主要类型：

（插图未导入）
- 目的地址不可达Destination Unreachable(3)：路由器发送至源主机
- 源点抑制Source Quench(4)：路由器或目标主机具有源主机的传输速率时发送至源主机，源主机限制传输速率直到quench结束
- 重定向Redirect(5)：对于直达的数据包，路由器向源地址发送报文，指出最佳的first hop，提高网络效率
- 回送请求Echo Request(8) / 回送应答Echo Reply(0)：
  - 格式：ICMP header (4 bytes) + identifier (2 bytes) + sequence number (2 bytes) + data (4 bytes)，identifier、sequence用于回送请求与应答之间匹配
  - 作用：确认主机是否可达
  - 工作过程：
    1. 源主机发送echo request报文
    2. 目的主机收到报文，交换IP报文源地址和目的地址，ICMP类型设置为0，计算ICMP的checksum，identifier、sequence、data不变
    3. 目的主机发送echo reply报文
- 超时(11)：数据包超出生存期TTL，或重组时间内未收到完整数据包

地址解析协议ARP Address Resolution Protocol：
- 作用：IP地址和MAC地址之间的转换，建立从IP地址到相应硬件地址的动态映射
  
  （插图未导入）
- 每个IP结点都有ARP表：(IP address, MAC address, TTL)
- ARP工作过程：
  1. 询问：某主机广播，向所有LAN中结点发送ARP请求包，询问目的IP主机的MAC地址
  2. 应答：拥有目的IP的MAC地址的主机单播返回该主机目的IP的MAC地址
- ARP报文格式：
  
  （插图未导入）
- IP转发算法 IP Forwarding Algorithm：ARP解决是位于子网内的地址转换问题，对于不在一个子网的情况，需要发送给缺省路由器，转交到下一个网络解决
反向地址转换协议RARP Reverse Address Resolution Protocol：
- 作用：主机根据自身MAC地址查询自身IP地址
- 工作过程：
  1. 主机发出受限广播（本地广播），询问本地网段的RARP服务器子集的IP地址
  2. 本地网段的RARP服务器收到请求后检查RARP列表，查询该MAC地址对应的IP地址，存在则返回一个响应数据包，提供该MAC地址的IP地址
- RARP服务器：维护映射表(data link address, IP address)
路由协议：将路由器聚合成一个自治系统AS Autonomous Systems
- Intra-AS：域内路由，运行内部网关协议IGP，AS内路由器运行相同的AS内部路由协议
- Inter-AS：域间路由，运行外部网关协议EGP，不同AS内路由器可以运行不同的AS内部路由协议

- **内部网关协议IGP Interior Gateway Protocols**
  - 常见协议：RIP（应用层协议，UDP）、OSPF（网络层协议，IP）、IGRP（应用层协议，TCP）
  - **路由信息协议RIP** (Routing Information Protocol)：
    - 基于**距离向量算法**，距离用跳步数(max = 15 hops)计算
    - 维护：每30秒邻居之间使用UDP交换一次通告advertisement，包括该AS内最多25个目的子网
    - 每个路由器维护**RIP表**(destination network, next router, hops)，根据advertisement更新
    - **RIP是应用层协议，通过UDP数据段维护**
    - 链路失效：超过180秒未收到邻居advertisement时认为邻居失效，将该信息通过advertisement迅速广播，使用**毒性逆转技术**避免环路
  - **开放式最短路径优先协议OSPF** (Open Shortest Path First)
    - 链路状态算法：路由器使用**Dijkstra算法**确定以自身为根结点到所有子网的最短路径树，链路发生变化时**洪泛**消息，根据广播的链路状态包更新链路状态信息
    - 层次结构：分为局部区域local area和主干区域backbone
  - **内部网关路由协议IGRP** (Interior Gateway Routing Protocol)
    - 基于**距离向量算法**，是应用层协议，通过TCP维护
- **外部网关协议EGP** Exterior Gateway Protocols
  - **边界网关协议BGP** (Border Gateway Protocol)
    - 基于**路径向量协议**Path Vector Protocol，获取相邻AS的可达信息并传播给其他AS
    - BGP目标是找到一条能够到达目的网络且较好的路由，而不是最优路由
    - 应用层协议，基于TCP

14. IPv6：

- 采用**128位**IP地址，解决了IPv4地址耗尽的问题

- IPv6 header格式：
<!-- 图片已丢失 -->
- 使用8个16进制数表示IPv6地址

  - 缩写：前导0可以不写，连续为0的一组或多组可以缩写为::（只能缩写一次）

第6章传输层

6.1 传输服务

传输层为不同主机上的进程间提供端到端的逻辑通信
服务分类：面向连接的服务TCP、不可信无连接的服务UDP

6.2 传输协议元素

寻址：对于网络层提交上来的报文段，传输层根据报文段首部的目的端口号将报文提交给相应的应用进程
- 传输服务访问点TSAP transport service access point，面向应用层，通常指端口Port，用于区分进程
- 网络服务访问点NSAP network service access point，面向网络层
建立连接：遗忘域Forbidden region，三次握手
连接释放：将连接视为两个单向连接，由发送方关闭
流量控制与缓存
复用
错误恢复

6.3 简单传输协议

基于连接，使用原语

6.4 因特网传输层

传输层寻址：端口号port，16位，用于标识进程
- 端口号划分为三段：0-1023（用户可用），1024-49151（已注册），49152-65535（动态）
- 套接字地址socket address：(IP address, port number)
- 传输层建立TCP连接需要一对套接字，(Local IP address, Local port, Remote IP address, Remote port)
复用Multiplexing：多个进程使用同一协议，解复用Demultiplexing：接收方将数据分解发送给对应进程

6.4.1 用户数据报协议UDP User Datagram Protocol

特点：
- 基于数据包datagram
- 不可靠的无连接
- 支持单播、多播，复用、解复用
- 应用：域名解析协议DNS、SNMP
UDP数据包格式：

总长8-65535字节，头部8个字节
计算校验和时要添加12个字节的伪首部，如果数据部分不是偶数个字节，还要在尾部填充一个全0字节，对整个UDP序列计算每16位和的反码

6.4.2 传输控制协议TCP Transmission Control Protocol

特点：
- 基于字节流，传输基本单位是TCP报文段Segment
- 可靠的面向连接、有序
- 只支持单播
- 复用与解复用：使用端口，建立虚电路连接
- TCP连接的端点：socket -> (host, port)
- TCP连接用四元组表示：(src, src port, dest, dest port)
TCP支持可靠传输：
- 校验和 checksum
- 序号 sequence number
  - TCP将数据流划分为片段，每段有一个32位序列号，初始序号随机生成
  - 序号中Ack字段指出下一个期望接收的字节序号，Ack字段是累积的
- 重传 retransmission
TCP报文段格式：

（插图未导入）
- 控制字段：
  
  （插图未导入）
- TCP追踪校验和checksum是必须的，计算checksum时添加12个字节的伪首部
TCP建立连接过程：
- 建立连接：三次握手：SYN(seq x) -> SYN+ACK(seq y, ack x+1) -> ACK(seq x+1, ack y+1)

 * **ACTIVE OPEN**：client发送，初始化client序列号ISN，不携带数据，消耗一个序列号
 * **PASSIVE OPEN**：server发送，初始化server序列号ISN，确认client序列号，不携带数据，消耗一个序列号
 * **Client ACK**：client发送，确认client序列号ISN，若不包括数据则不消耗序列号

数据传输：每次交换双方的SEQ、ACK，表示收到对方的ACK请求作为发送给对方的新SEQ，收到对方的SEQ+length作为我方确认的ACK
连接终止：四次挥手：FIN(seq x, ack y) -> ACK(seq y, ack x+1) -> Client断开连接-> FIN(seq z, ack x+1) -> ACK(seq x+1, ACK z+1) -> Server断开连接

 - FIN不携带信息时，消费一个序列号

 - **2MSL等待**：避免最后一次ACK发送失败，TCP要求等待2MSL的时间，确认关闭当前连接

   - 2MSL等待状态：TIME_WAIT，$2MSL = 2*段最长生存周期$

   <img src=".\img\TCP中2MSL.png" alt="image-20220601105048037" style="zoom: 67%;" />

连接重置：发送RST标记

TCP可靠传输：checksum（解决比特级错误）、sequence numbers（解决序列级错误）、acknowledgement（累计确认）、timeouts、retransmission
- timeouts
  - 估算RTT：SampleRTT：从段传输到ACK接收的时间
  - $EstimatedRTT=(1-\alpha)*EstimatedRTT + \alpha*SampleRTT$ ， $\alpha=0.125$
    
    $DevRTT=(1-\beta)*DevRTT + \beta*|SampleRTT-EstimatedRTT|$ ， $\beta=0.25$
    
    $Timeout=EstimatedRTT+4*DevRTT$
TCP滑动窗口技术实现错误控制、流量控制、拥塞控制
- 滑动窗口：发送窗口+接收窗口，发送窗口<=接收窗口
- 糊涂窗口综合症：
  - 问题：发送端接收端速度不匹配，导致网络上产生很多小包（报头长数据少），数据传输效率低
  - 解决：
    - 发送端：Nagle算法，数据够多再发
    - 接收端：延迟确认，Clark算法：有足够空间再通告ACK
- 拥塞控制：拥塞窗口+拥塞策略AIMD(Additive Increase Multiplicative Decrease)
  - 拥塞控制参数：拥塞窗口cwnd + 慢速启动阈值ssthresh
    - 拥塞窗口： $send \space window = \min(flow \space control \space window, congestion \space window)$
    - 慢速启动阈值：慢启动指数增长到阈值，初值 $2^{16}-1$
  - 发送端拥塞检测：丢包或收到3个重复ACK
  - 动作：减小拥塞窗口大小，从而限制发送的数据量
  - 拥塞控制两阶段：慢启动阶段（swnd < ssthresh）、拥塞避免阶段（swnd >= ssthresh）
    - 拥塞窗口大小从1开始，每收到一个ACK就窗口大小+1，每个RTT发送窗口大小*2
    - 增长至阈值后每次+ $\frac{1}{cwnd}$ ，每个RTT发送窗口+1
    - 遇到网络拥塞后，ssthresh更新为拥塞窗口大小的一半，拥塞窗口大小减为1
    （插图未导入）
    - 快速恢复：遇到拥塞后，ssthresh更新为拥塞窗口大小的一半，拥塞窗口大小减为ssthresh

第7章应用层

7.1 应用与应用层

应用层是用户与网络的接口，定义了进程process如何发送与回应消息message
开放域协议：HTTP、SMTP
专有协议：Skype
应用层通过API (application programming interface)访问传输层

7.2 C/S与P2P应用模型

客户-服务器模型 C/S：
- 服务器server：固定IP地址
- 客户client：动态IP地址，通过server与其他client交流
- 应用：HTTP、FTP、Web service
点对点模型 P2P：
- 每个结点都可以发起连接，可以提供、消费数据

7.3 域名系统DNS

域名系统DNS Domain Name System：一种基于域的分层命名方案和分布式数据库系统，用于将主机名和电子邮件目的地址映射到IP地址
- 主机名：一种助记名称，eg: www.baidu.com，IP地址：路由器能够识别的设备的数字地址
- 一个主机名可以映射到多个IP地址，多个主机名可以映射到一个IP地址
DNS名称空间：层次化命名方式

域是指这一命名空间中的子树
域名是从叶结点到根结点的一条路径
全称域名FQDN Fully Qualified Domain Name
区域Zone：可以被直接管理的名称空间
授权Delegation：给区域设置一个名称服务器name server，可以管理主机名和子域

DNS服务器的层次结构：根服务器、最高级域TLD服务器、授权DNS服务器

每个服务器都知道根服务器地址，每个服务器都知道其直接子节点的地址

DNS使用：
- 部件：本地DNS服务器、主机解析软件
- 请求方式：
  - 递归请求：从本地DNS服务器经过根服务器沿着链状传递请求和地址解析结果
  - 迭代请求：由本地DNS服务器直接进行多次查询，根据查询结果迭代查找下一个路由器
- 名称服务器会缓存、更新域名与ip的映射
DNS数据库资源记录结构：(name, TTL, class, type, value)
DNS协议消息格式：

7.4 文件传输协议FTP

特点：
- 用于向远程主机收发文件，使用C/S模型
- 使用TCP协议，建立两个TCP连接，port 21用于控制连接，port 20用于数据连接
控制连接建立过程：
- 服务器打开21端口，被动等待客户进程发起连接请求
- 处理客户端请求，并行开启数据连接
- 关闭数据连接，回到等待状态
数据连接建立过程（已建立控制连接）：
- 客户端打开临时端口（ephemeral port）x，发送PORT请求告知服务端x
- 服务端通过20端口与客户端x端口建立数据连接
匿名FTP：可使用匿名FTP登陆获取公共文件
- 用户名：annonymous
- 口令：guest或邮件地址

7.5 E-mail与SMTP/POP/IMAP

电子邮件Email三个主要组成部分
- 用户代理UA：给用户提供发送和接收邮件的接口
- 邮件传输代理MTA：邮件服务器，核心组件，发送和接收邮件，可分为client MTA（发送端邮件服务器）和server MTA（接收端邮件服务器），eg: SMTP
- 邮件访问代理MAA，eg: POP、IMAP
简单邮件传输协议SMTP Simple Mail Transfer Protocol：C/S协议
- 发送方 -> 发送方邮件服务器 -> 接收方邮件服务器 -> 接收方
- 采用TCP端口25或2525
- 负责push
- 传输过程：
  1. 连接建立：发信方定期扫描邮件缓存，如果有邮件，则使用SMTP的25端口号与接收方的SMTP服务器建立连接。建立完成后，接收方发送服务就绪，发送方发送HELO指令
  2. 邮件传送：发送方SMTP发送MAIL命令，若接收方准备好则返回“250 OK”，开始发送，<CtrlF>.<CtrlF>表示结束
  3. 连接释放：SMTP客户发送QUIT命令，服务器返回221服务器关闭，释放TCP连接
邮局通讯协议POP3 Post Office Protocol version 3:
- 用户代理向邮件服务器发送请求，获取邮箱内的邮件，采用TCP端口号110
- 负责pull
- 两个阶段：认证（客户端与服务器之间需要身份认证）、下载
因特网邮件访问协议IMAP Internet Mail Access Protocol：
- 支持有连接和无连接的模式，基于TCP协议
多用途Internet邮件扩展MIME Multipurpose Internet Mail Extensions：
- 发送非文本数据
- 用于非ASCII码到ASCII码的转换，方便传输

7.6 WWW与HTTP

万维网WWW：World Wide Web
- 使用超文本传输协议HTTP Hypertext Transport Protocol
- 每个Web页由对象组成，包含基本的HTML文件，定义了文本格式
- 统一资源定位器URL Uniform Resource Locators：
  - 指定网页资源
  - 格式：protocol://hostname[:port]/directorypath/resource

超文本传输协议HTTP HyperText Transfer Protocol：
- 用于访问万维网数据
- 使用C/S模型，使用TCP端口80
- 无状态协议，服务器不保留客户端过去请求信息
- 工作过程：
  1. 客户端在80端口初始化TCP连接，服务器接受客户端连接
  2. 客户端发送HTTP请求，服务器返回HTTP响应
  3. 释放此次TCP连接
- HTTP连接分类：
  - 非持久HTTP：一个TCP连接至多发送一个对象
  - 持久HTTP：一个TCP连接可以发送多个对象

7.7 DHCP

动态主机配置协议DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
- 基于UDP协议
- 自动配置主机连接，包括含子网掩码的IP地址、默认网关、DNS服务器的IP地址

HTTP →计算机网络 →客户端网络面试速记 →

第1章 Introduction

1.1 计算机网络与互联网

1.2 网络边缘与网络核心

1.3 网络接入与物理媒体

1.4 传输技术

1.5 类型与拓扑结构

1.6 网络性能

1.7 协议层与服务模型

1.8 体系结构、OSI、TCP/IP模型

第2章 The Physical Layer

2.1 物理层介绍

2.2 数据通信基础

2.3 传输介质

2.4 调制与数据编码

2.5 多路复用

第3章 数据链路层

3.1 介绍与服务

3.2 帧

3.3 错误检测与纠正

3.4 停等协议

3.5 滑动窗口协议

3.6 HDLC 与 PPP 协议

4. 介质访问控制MAC Medium Access Control

4.1 MAC

4.2 LANs and IEEE 802

4.3 以太网 Ethernet

4.4 无线局域网 Wireless LAN

4.5 局域网互联 LAN Interconnection

4.6 LAN Switching

4.7 虚拟局域网VLAN

5. Network Layer

5.1 网络层与设计问题

5.2 路由算法

5.3 拥塞控制算法congestion

5.4 IP

第6章 传输层

6.1 传输服务

6.2 传输协议元素

6.3 简单传输协议

6.4 因特网传输层

6.4.1 用户数据报协议UDP User Datagram Protocol

6.4.2 传输控制协议TCP Transmission Control Protocol

第7章 应用层

7.1 应用与应用层

7.2 C/S与P2P应用模型

7.3 域名系统DNS

7.4 文件传输协议FTP

7.5 E-mail与SMTP/POP/IMAP

7.6 WWW与HTTP

7.7 DHCP

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第3章数据链路层

第6章传输层

第7章应用层