0 概述
互联网核心部分由路由器及网络组成。
网络核心部分向网络边缘部分的大量主机提供连通性。
网络核心部分的重要组件是路由器。
路由器是实现分组交换的关键构件，其作用是转发收到的报文。
1 交换技术
为理解分组交换，首先介绍电路交换。
1.1 电路交换
对于N台电话，如果使用两两相连形式互联，则需要N(N-1)/2对电线（上/下行方向）。当用户数量增加到一定程度后，线材/安装成本极高。
因此，交换机诞生了。
从通信资源的分配角度，交换（switching）是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。
“建立连接（占用通信资源）” -> “通话（持续占用通信资源）” -> “释放连接（归还通信资源）”
上述流程即电路交换。
特点：使用期间独占，线路传输效率较低。
1.2 分组交换
采用存储转发技术。
对于一个完整的报文，首先将其划分为几个等长数据段，并分别添加header（包含必要的控制信息）构成分组（packet）进行传送。
packet是互联网中传送的数据单元。
header中包含目的地址，源地址等重要控制信息。
分组交换实质是采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略。
适用于传送突发式的计算机，提高了通信线路的利用率。
| 优点 | 手段 |
|---|
| 高效 | 在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信线路式逐段占用的 | | 灵活 | 为每一个分组独立地选择最合适的转发路由 | | 迅速 | 以分组为传送单位， 可以不先建立连接就能向其他主机发送分组 | | 可靠 | 保证可靠性的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性 |
| 问题 | 说明 |
|---|
| 1 | 分组在各路由器存储转发时需要排队，造成一定的时延 | | 2 | 无法确保通信时端到端所需的带宽 | | 3 | 控制信息会增加开销 |
1.3 报文交换
也是基于存储转发原理。
1.4 对比
| 交换方式 | 特点 |
|---|
| 电路交换 | 整个报文的比特流连续地从源点直达终点，类似在一个管道中传送 | | 报文交换 | 整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点 | | 分组交换 | 单个分组（报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点 |
若传送数据量较大，且传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率较快。
报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
分组长度通常远小于整个报文长度，因此具有小的时延，以及更好的灵活性。
2 网络
2.1 链路
链路特点：
互联网核心部分的路由器一般由高速链路相连接；
网络边缘部分的主机接入到核心部分则以相对低速链路相连接。
位于网络边缘的主机（为用户进行信息处理）和网络核心部分的路由器（转发分组）都是计算机，但作用不同。
2.2 转发过程
router接受到一个分组
暂时存储
检查首部
查找转发表
按照首部目的地址找到合适的接口进行转发
分组传递给下一个路由器或目的主机
2.3 分类
范围分类：
Wide Area Network, WAN
Metropolitan Area Network, MAN
Local Area Network, LAN
Persional Area Network, PAN
使用者分类：
Public Network
Private Network
接入网（Access Network）：将用户接入到互联网的网络，一类特殊的计算机网络
接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。其范围是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器。
2.4 性能指标
1 速率
2 带宽
3 吞吐量
4 时延
5 时延带宽积
6 往返时间RTT
7 利用率
2.5 非性能特征
1 费用
2 质量
3 标准化
4 可靠性
5 可扩展性和可升级性
6 易于管理和维护
3 体系结构
法律上的国际标准 OSI
事实上的国际标准 TCP/IP
3.1 协议与划分层次
计算机网络交换数据的规则：明确规定所交换数据的格式以及相关的同步问题。
为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。
网络协议包含要素有：
<1> 语法， 即数据与控制信息的结构或格式；
<2> 语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及作出何种响应；
<3> 同步，即事件实现顺序的详细说明。
网络协议是计算机网络中不可缺少的组成部分。
协议的形式：
<1> 便于人阅读和理解的文字描述；
<2> 使用计算机能够理解的程序代码。
分层：
<1> 各层之间是独立的；
<2> 灵活性好；
<3> 结构上可分隔开；
<4> 易于实现和维护；
<5> 能促进标准化工作；
各层完成的功能主要有：
<1> 差错控制
<2> 流量控制
<3> 分段和重装
<4> 复用和分用
<5> 连接建立和释放
体系结构：计算机网络的各层及其协议的集合。
体系结构是抽象的，而实现是具体的，是真正在运行的计算机硬件和软件。
3.2 常见体系结构
3.2.1 OSI
Open Systems Interconnection Reference Model, OSI/RM, 开放系统互联基本参考模型
7层协议体系结构
7_应用层
6_表示层
5_会话层
4_运输层
3_网络层
2_数据链路层
1_物理层
3.2.2 TCP/IP
4层协议体系结构
4_应用层
3_运输层
2_网际层
1_网络接口层
与OSI模型相比，应用层对应OSI的应用层+表示层+会话层， 网络接口层对应OSI的数据链路层+物理层。
3.2.3 五层协议
5_应用层
4_运输层
3_网络层
2_数据链路层
1_物理层
应用层等价于OSI的应用层+表示层+会话层，其他等同于OSI模型
3.2.4 各层功能介绍
3.2.4.1 应用层
通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。
该层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。（此处的进程指主机中正在运行的程序）
应用层协议：
域名协议DNS
支持万维网应用的HTTP协议
支持电子邮件的SMTP协议
应用层交互的数据单元：报文
3.2.4.2 运输层
负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务
应用进程通过该服务传送应用层报文
运输层有复用和分用的功能。
复用：多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务。
分用：运输层将收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
使用的协议：
传输控制协议(Transmission Control Protocol, TCP)：提供面向连接的、可靠的数据传输服务，其数据传输的单位是报文段(Segment)
用户数据报协议(User Datagram Protocol, UDP)：提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报
3.2.4.3 网络层
负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务；
选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过网络中的路由器找到目标主机。
网络层将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。
TCP/IP体系使用IP协议，因此分组也叫IP数据报。
互联网是由大量的异构网络通过路由器相互连接起来的。
互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP和许多路由选择协议，因此互联网的网络层也称为网际层或IP层。
3.2.4.4 数据链路层
在两个相邻结点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的IP数据包组装成帧，在两个相邻结点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、地址信息、差错控制等）。
3.2.4.5 物理层
传输数据的单位是比特。
解释比特代表的意思
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