【Coursera】Technology ：Fifth Week(1)

Store and Forward Networking

在长途连接中，路由的数量 取决于 最优路径(花费最少)。也就是说被地理条件所限制。

所以 Store and Forward Networking 的特性之一就是 较少的转发(sharing)。

在某一瞬间，某一条信息通过某一个连接(介于两个路由之间)，其它的信息在路线上等待这个过程的完成。

Research Networks 1960-1980s

三个问题：

• 如何 避免 在所有的结对计算机之间 进行直接的连接？
• 如何 更高效的 转发信息？
• 如何 动态地解决 运行中断(outages)?

在 1960-1980s，在Research Network(ARPANET)中 最终没有成型的创新 是 转变为packet Network。

首先，研究人员需要解决的是，如何在一条连接中，保证一条较长的信息 不会被堵塞(clog up)? 其次，如何动态地解决运行中断的问题？以及如何高效的转发packet？

这是一个持续了多于20年的 research project，科研人员们做出的最优雅的事情是 花费大量的时间舍弃原有的架构并重新进行设计。通过某种手段，他们能够看见产品的瑕疵和优点。

在20世纪七十年代的晚期，大约有100台电脑连接在ARPANET上，1978年1月4日，在 ARPANET Completion Report 上的插图中，我们能够看见它列举了当时 所有的 电脑。

工程师们花费了二十年的时间来完善的 高效的信息转发机制，它就是 Packet Switching。

Packet Switching

挑战：在一个类似Store and Forward的简单方法中，将大的信息分成小的几块。

Break each message into packets。

能够允许 从一个message分出来的 packets 经过不同的路径，到达目的地。即 动态地适应 使用的需要。

使用特殊用途的计算机：routers(路由器)，用于 控制 网络的交通。

其中最为精华的部分：Break each message into packets.

复习的一个例子：发送者翔翔 发送一条 message 从 密歇根 到 洛杉矶。

原有Message：Hello there，have a nice day.
break into ->
(1)Hello ther(1,fromaddress,toaddress)
(2)e, have a (2,fromaddress,toaddress)
(3)nice day. (3,fromaddress,toaddress)

这三个“小卡片”每一张都经过了不同的旅途，最终在不同的时间段无序的到达目的地。

收件人李鸣 并不知道这三张小卡片是怎么过来的(或者说 按照什么样的路径过来的 who cares？)，他按照序列号重新组合了这三条信息。

所以，这个例子有助于我们理解 这些“小卡片” 是如何共享基础设施(指路由器们) 的 基础概念。

逐渐演变成了Shared Network 。

Shared Network

在 Store and Forward 时期 的 拥有磁盘驱动的 大型计算机 转变为 相对而言十分小的 具有 转递packets 简单目的 的计算机。

Shared Network 中 信息的短期存储 取代了 Store and Forward 中 信息的长期存储。

在 Shared Network 中，当一个 packet 进入，它只是简单的 寻找它 穿过Internet 的路径(经过一系列的路由器)。

比如有 在芝加哥大学的当地网络，和斯坦福大学的当地网络，它们向 Internet 按某路线发送它们的 packets。这些 packets 寻找它们穿过 Internet 的路径。可能也有私人的电脑接入该网络。

所以，Shared Network只关注packets，具有 不可信赖 的性质。路由器的理念一直延续了下来，例如现在使用的TCP/IP网络。

• 因为 为了节省花费，和使得 地理上的连接 更短，数据通过 不同的路由器 进行转递。
• 穿越整个国家(美国)，一般只需要经过十个路由器。
• Network 设计者们，一直在 增加 和 移动 连接，使得他们创造的网络更加 “和谐”(tune)。

为了解决数据在网络中转递的一系列问题，简化解决方案，或者把解决方案分解成许多易于管理的小块，设计者们发明了 层次的网络模型。

Layered Network Model

• 层次的网络模型，使得原有设计网络的问题，分割成许多易于管理的小问题。
• 最著名的层次模型：TCP/IP协议族。
• 同样的，也有OSI七层模型(高层4层 加上 低层3层)。

想要解决的问题：使得数据的传递具有可靠性 可靠的穿越网络。把这个问题划分成四个模块，这些模块各自独立的工作，然后想出方法使得它们各自的解决方法相互影响相互作用。

Application Layer ：Web，E-mail，File Transfer
------------------------------------------------
Transport Layer(TCP) ：Reliable Connection
------------------------------------------------
InternetWork Layer(IP) ：Unreliable Connection
------------------------------------------------
Link Layer(Ethernet,WIFI) ：Physical Connection

所以，这种把大的 复杂的问题分解为 四个小的 易于操作的问题，有利于我们得到较优的解决方案。

当你把这些问题分解为四个小问题，交给四个层来解决的时候，你必须编写相应的文档来声明如何让这些层共同工作。这个文件就是 Internet Standards。

Internet Standards

这个为所有协议指定的标准是被一个组织发明的：Internet Engineering Task Forces (IETF).

这个标准的名字 叫做 RFCs(Request for Comments)。

这些许多工程师编写出来的文件，描述了大多数Internet 的成分是如何一起工作的。

回到 Layer Architecture

• 物理层 和 Internet 层就像是卡车和火车，它们拉货物，然后把货物放到准确的位置上面去。这中间经过了许多步。
• Transport 层 检查 这个卡车是否完成工作，并且根据需要重新装载货物。
  
  

Link Layer (Physical Layer)

• 当数据在网络中传递的时候，在不同的路由器上可能使用的是不同的物理媒介。
• 呃，比如，物理的线路，无线电，光纤，等等。
• The Link is "one hop". -Is it up or down? Connected or not?
• 非常狭窄的关注面，对于整个 Internet 没有认知。

数据链路层只关心 数据经过一个路由器(或者是一条物理线路 link)传递的过程。

所以在链路上，电压是怎么工作的？我们是如何在该层传递数据的？以及当有多台电脑共同使用它的时候，如何解决共享的问题？

数据链路层类似 一条link -从一台主机出来，连接到另外一台主机。这条link有可能是光纤，有可能很长也有可能很短。路由器从某条 link 上获取信息，然后再将信息递送到另外一条 link 上。

路由器的工作就像邮局一样：某个邮递员从你家获取了你的邮件，然后他把这些邮件放在通往集中地的卡车上，到达集中地之后，把这些信件放在一列火车上，送完别的地方。这些火车，卡车，邮递员就类比于我们的线路。

这些线路中并没有某一条线路至始至终都在传递数据，它们只是把数据往更远的地方传送了一段距离。

数据链路层不关心线路的材料是啥，它也不考虑是否连接的一端有web或者是否有其他的东西。

Problem Solved by Link Layer

• How does data get pushed onto a link?
• How is the link shared?

普遍适用的连接技术：

• Ethernet
• WIFI
• 现代的电缆
• DSL(数字用户线路：以电话线为传输介质的传输技术组合)
• 卫星
• 光纤

Link Layer Address 链路层地址 MAC

许多物理的数据链路层的设备在出厂的时候就被厂商配备了地址。

• Ethernet
• WIFI

厂商 给这些数据链路层的设备 分配了连续的地址，然后被送往全球各地的中心。这些连续的数字 有利于 数据 穿过 同一条被共享的线路。

• 物理地址有利于 在某一条 link 的另一端 系统识别出属于它的信息。
• 信息所携带的物理地址在经过一条 link 之后就会发生改变。
• 有时候像 WIFI 和 Wired Ethernet 的 link 被多台计算机所共用。

像 WIFI 一样，当你坐在家里享受 wifi 的时候，你在和别人共享 “空气” 这一媒介，你的设备通过 链路层的地址 来识别“空气”中的哪些信息发送往你的设备。

Sharing Nicely -Avoiding Chaos

• CSMA/CD媒体接入方法，带冲突检测的 载波侦听 多路接入方法。避免了信息的混乱。
• 为了避免断章取义的信息，系统们必须遵守规则(协议)。
• 以太网(Ethernet)协议比较简单。

当我们准备发送数据报的时候，我们知道也许在某个地方，有其他的主机也想要发送数据报，所以首先我们要做的事情，就是侦听，等待直到链路上没有了动静，然后我们就开始发送信息，然后继续侦听发送的信息，当信息冲突的时候，它们所做的事情是返回。经过复杂无序的计算之后，返回数据报的数量是不一定的，保证冲突的时候，任意一台主机发送的数据报都不具有优先权，这是公平的。

当我们侦听到了信息拥塞和冲突，我们等待一些信息的返回，并在之后重新发送信息。

首先我们尽可能的避免了拥塞，但是一旦我们遇到了信息拥塞，我们就重新发送 被返回的信息。

2016/7/29