Network-CS144 の 1 Introduction

Introduction

网络应用：

• 基于网络读取和写数据
• 常见通信模型：双向的可靠的字节流（为什么是字节流）
  • 通信双方一边写入数据，一变读取数据
  • 可靠的（除非连接中断）

四层网络模型

1. Application
2. Transport
3. Network：[Data, headder: [from, to]]
4. Link: 数据组织形式：Packet, Link层，是在路由之间的数据传递，eg: wifi and 以太网


=> Router: 路由从链路层解析网络层的数据，获取target，根据路由转发标寻找下一跳，包装好后形成新的Link数据包，继续转发
3. Network：[Data, headder: [from, to]]
4. Link: 数据组织形式：Packet, Link层，是在路由之间的数据传递，eg: wifi and 以太网


=> Router: 路由从链路层解析网络层的数据，获取target，根据路由转发标寻找下一跳，包装好后形成新的Link数据包，继续转发
3. Network：[Data, headder: [from, to]]
4. Link: 数据组织形式：Packet, Link层，是在路由之间的数据传递，eg: wifi and 以太网


=>
1. Application
2. Transport
3. Network：[Data, headder: [from, to]]
4. Link: 数据组织形式：Packet, Link层，是在路由之间的数据传递，eg: wifi and 以太网

网络层是特殊的：因为必须要使用 Internet Protocol

• IP尽最大努力转发数据报，但是不能保证
• IP数据报可能会丢失，会无需，会损坏，这些都是没办法保证的

IP是最重要的，IP是瘦身层，因为其他协议都有很多种类，但是IP就一种，为什么呢？

http, smtp, ssh, ftp
	tcp, udp, rtp
			IP
Ethernet Wifi DSL 3G 5G

传输层：

• TCP：虽然IP不保证，但是TCP保证
• UDP

七层OSI模型：

Application =< http
Presention => ASCII
Session => TCP
Transport => TCP
Network => IP
Link    => Link
Physical => Link

IP模型：

Application
Transport: [Data][Header]
Network    [   IP Data  ][IP Header]
Link		   [   Link Data           ][Link Header]

​

性质	行为
Datagram	独立的路由包，包是一跳一跳的转发
不可信	包可能会丢失
尽力	尽最大里交付数据
Connectionless	No per-flow state（连接是无状态的） 包可能乱序

为什么IP模型如此简单？

• 快
• 端到端原则
• 更方便自定义在其上封装一些定制的协议（可信的or不可信的）
• 实现的简单，能够适用于各种链路层协议

IP模型的特点：

• 防止循环转发（套娃）
• 如果数据太长，将会分割数据报
• 使用checksum减少错误分发的机会
• 允许更多的IP版本，ipv4, ipv6
• 允许自定义header

Ipv4数据报格式：网上有自己查

• version
• header len
• Toatl Packet len
• Packet ID
• flags
• flags offset
• TTL
• protocol ID
• checksum
• src ip addr
• dest ip addr
• options
• padding
• Data

整体流程：

Client => Server (No, 么有直接连接)，一般是通过路由转发

IP addr: 171.67.76.157
TCP port: 80


Server:
IP addr: 128.148.252.129
TCP port: 56567

Client => router1 => router2 =>  Server (No, 么有直接连接)，一般是通过路由转发，每个路由里面都有路由表，如果没有找到则从默认路由转发

网络中的设计模式

分组交换原理

将数据切割成小块（Packet）

Packet: A self-contained unit of data that carries infomation for it to reach its destination

分包转发(packet switching)：每个到达的包都是相互独立的，如果这条链路是availble的，则服用；否则缓存数据包后，继续等待。

分包转发相当于让路由自己去做转发动作，可不可以在每个Packet里携带转发目的地信息呢？可以的，但是这种没有必要，占用了一定的数据，以及存在一定安全问题（会被诱导到不安全的网络）

分包转发的好处：

• 交换机为每个数据包做单独的本地决策，不需要在数据包中指明路由
• 高效的链路共享
• 分包转发不需要为每个流量保存自己的状态，每个包都是自包含的

分层原则

将大系统切分成多个独立功能的部分

layer1 => layer2 => ... => layern

好处：

• 独立
• 顺序通信，从上到下，从下到上通信
• 上层为下层提供定义完整的服务，不需要了解下层是什么

为什么要分层：

• Modularity
• Well defined service
• Reuse
• Seperation of concerns
• Continuous improvement

封装原则

Layer N data is payload to layer N - 1, eg:

• Http application payload in
• a TCP transport segment in
• an IP network packet in
• a wifi link frame

分层的好处：Encapsulation Flexibility

Encapsulation allows you to layer recursively

VPN:

• HTTP application payload in
• a TCP transport segment in
• an IP network packet in
• a secured TLS presentation message in
• a TCP transport segment in
• an IP network packet in
• an Ethernet link frame

[link, ip, tcp, tls, ip, tcp, http]

to next hop to vpn gateway, to vpn gateway, to vpn gateway, to web server, to web server

字节顺序

IPv4 vs IPv6

最长前缀匹配

地址解析协议

总结

nat和子网的区别，nat属于特殊的子网的一种

子网内可以通过arp协议解析mac地址

A => B，A和B不在同一个网络里，A如何寻找到B的IP？

A发起ARP，收到响应，没有符合的全部丢弃，但是收到了路由器的广播帧，发往路由器，路由器可以解析广播帧，在路由表里查找，如果有则直接转发，没有则走路由器的默认路由（一般是网关），路由器在转发时，它将所有非本网段的目的IP包都发到WAN的网关去,网关可以是代理服务器或者是类似路由协议的服务，网关负责转发。。。从而不断地向外查找。当然在这过程中，路由器是隔绝广播的，它是不会转发广播数据的