网络
形式化的定义网络为图
计算机网络
层级
- 应用层（application）
- 网络层（network）
- 传输层（transport）
- 链路层（link）
- 物理层（physics）
每层都向上提供接口，利用下层的服务实现更强的功能
逻辑上数据传输是在同层之间的，实际上是通过向下调用接口实现真正的传输，最终是物理信号在真实世界里的传输。
节点
特别的，计算机网络中的节点有两种类型
- 主机（host）。通常用 \(\square\) 表示
- 网络交换设备（packet switch），包括交换机、路由器等等。通常用 \(\bigcirc\) 表示
边
链路指连接两个节点的边，同样有两种类型
- 接入网链路，边的一端为主机。
- 主干链路，非接入网链路。
可以发现逻辑上我们只关心所有 \(\square\) 组成的网络，所有的 \(\bigcirc\) 只是为了中继。这是因为只有主机会产生和消费数据，而所有的交换设备只负责转发（当然也有交换设备会消耗数据，例如带拦截广告功能的软路由...）
互联网
以 TCP 和 IP 协议为主的最大的那个网络。感觉这个定义非常有意思。
粗略地讲，可以把网络划分为三个部分
- 核心，即非主机的、提供网络连接功能的部分
- 接入，即主机到核心的连接
- 边缘，即所有主机，提供了网络的应用服务
边缘
主要是应用进程。这些应用通过 OS 提供的网络 api 来进行远程进程通信
通信模式
- C/S 模式，即主从关系
- P2P 模式，即对等关系
通信方式
- 面向连接，即在正式通信前需要建立连接，进行准备。
- 无连接
网络不过是另一种进程间通信，具体的细节对于用户进程而言是不可感知的。
核心
电路交换(circuit switch)
从电话网来
- 通信双方建立专有连接（耗时）
- 中间节点需要维护通信状态
- 每段线路划分为固定的片，每个用户每次只能用其中一片
- 划分的方式包括：
- 时分复用
- 频分复用
分组交换(packet switch)
- 无需建立专有连接
- 中间节点无需感知通信状态
- 通信数据被划分成段传输。任意时刻，数据独占一段通信线路，可以实现同时间内不同线路的共享
- 转发节点内有等待队列
- 本质上是一种离散的时分复用，也叫 statistical multiplexing
还可以细分为 datagram switch 和 virtual circuit switch，后者本质上是希望 packet switch 能有 circuit switch 的某些特性提出来的 hack。
接入
这部分解决了我对一些名词的陈年疑惑...非常奇妙
调制解调器(modem)
最早是利用已有的电话线路接入网络的。modem 负责把数字信号调制成音频信号，由电话线路传输后入网。
- 上网和打电话不能同时进行
- 带宽很低
- 成本低，复用线路
- 是专线
有些实现把电话线频分复用，专门留出一部分给网络。其中又分出上下行专用的带宽，这样就可以同时打电话和上网了。这样的方式叫 DSL(Digital Subscriber Line)
有线电视(cable)
同样是类似的思路，利用已有的有线电视线路。
这下终于知道为什么以前爹妈拔掉机顶盒的线就没法上网了。
电网
可以调制解调到电力(电流)上...
物理媒体
- 导引性媒体，有型介质、存在导体、可以定向传播，例如光纤、电缆
- 非导引性媒体，例如电磁波
四层
应用层
注意到网络提供的服务本质上就是 RPC，因此协议做的事情和 shell 命令解析是同样的。
有 HTTP FTP SMTP POP3 一大堆协议。这是因为应用很多，不同应用的协议通常不共享。
应用层的许多协议因为历史原因，都是明文传输数据的（即协议本身不负责内容的加密）。解决的办法是在此之上加一层加密层（例如 HTTP + TLS = HTTPS），这样明文传输的就是加密后的内容了。
进程通常在 OS 中通过 socket api 来管理和使用它与其它进程的连接。连接（即进程-进程对）与 socket 是一一对应的关系，而和端口号没有数量关系（一个进程可以通过一个端口和多个进程建立连接，此时多个连接共享一个端口，各自通过不同的 socket 把数据传递给对应的进程）
传输层
提供的是进程到进程的字节流通讯，进程通过端口号区分。
TCP(Transmission Control Protocol)
- 面向连接，通信前需要握手建立连接
- 可靠服务，保证顺序、正确性等等
- 流量控制，可以协调发送方和接收方的传输速度
- 拥塞控制，可以适应网络的拥堵
UDP(User Datagram Protocol)
- 无连接
- 不可靠
- 无流量控制
- 无拥塞控制
网络层
IP 协议提供了主机到主机的不可靠通信。这里主要包括
- 路由，即修改和查询路由表这个数据结构
- 转发，查询路由表，把 packet 发给下一跳设备
- 缓冲，提供队列缓冲已处理但还未轮到发送的 packet
- TTL，丢弃可能走入环路的包
- 校验
链路层
也有可靠和不可靠的协议，通常介质越可靠则协议越不可靠；介质越不可靠则协议越可靠。
还有被动介质的说法，例如 WiFi 的工作原理决定了所有的数据都会被发送给终端设备，那些不属于目标设备的数据帧将会被终端设备自行丢弃。这使得同一 WiFi 下的终端设备可以彼此看到对方的数据帧，从而还原出数据包，这就带来了潜在的窃听风险。