学习笔记：高级信息网络Ch3.The Internet
(来源：notes of course Advanced IT Network. Ch3.The Internet)
这一章会深度讲解有关Internet Layer的内容。
Router（路由器）：
- devices that can transfer data packets between different networks
- use IP protocol for communicating with each other
回到上一章：
IT Network Ch2.Communication Systems Modeling
在分层的理论里有提到过三层的结构如下图所示：
中间的Internet&Transport Layer其实还可以分层
也就是：
- Internet Layer
- Transport Layer
先看位于下层的**Internet Layer。*我们会发现，在其他层，或多或少有很多协议的选择，例如Transport Layer可以有UDP、TCP。而Internet这一层有且只有一种协议，也就是IP协议可以选择，于是在MIT的课程中，把这一层称为The Slim Part of the Model。*Router也是属于这一层的范畴。
再看一下位于上层的Transport Layer。实际上，Transport Layer和上层的应用层之间的连接靠的是不同的port，每一个port对应一种应用层（可以理解成接口？）。
To select the applications involved in communications, the transport layer adds its own set of addresses,called Port Number
两种关于Internet Layer的规定：
OSI：（死板，也严格，需要大量改造已有的网络）
IP：（灵活，最差的网都能满足）
于是，显而易见，IP赢了，所以接下来就开始讲解IP协议。
IP protocol:
- Connectionless
- Fragmentation when required
- Routing through the entire Internet
- Elimination of lost datagram
IP addresses:
- one part to define a network
- one part to define a computer connected to the network
概念看完了，课上给出了一个例子：
#路由器已经编写了程序，知道去哪里应该走哪条路最好
从1.5到5.5：
- 一开始，1.5处于网络1，网络1把信息通过1.1传送给了路由器
- 此时路由器说，你想去1、2、3，可以直接去，想去4，得走3.1，想去5，得走2.2
- 于是走了2.2，到了新的路由器，路由器说，你想去2、5，可以直接走
- 直接走到了5，传送到了5.5
好，我们现在来研究一下，怎么编写这个走那条路最好的程序：）
Routing：
先定义一种图，叫Routing Table，如下图所示：
之后可以介绍有关算法了
先来介绍分散型的算法（Distributed Routing Algorithm）
- Distance Vector Routing
- Link State Routing
Distance Vector Routing：
- 路由器问周围的路由器，去XX从你那走得多远？自己再算一下到各路由器的距离，和刚才问的加一下，选一个最短的走。
做个小练习：
很容易做出来E的最短距离是8，但是出现了问题，D和A发现自己之前报的距离太远了,于是也进行修改，变成从E走的距离。
看起来非常科学的样子，但是如果出现断路，麻烦可就大了！
看上面的图，A想到B只能走那一条路，如果A和B之间突然因为物理原因变长了，B就会回头看C，然后改成到C的距离。
B改了，C也会随着改，两个家伙就一直改，直到改成到A的距离。而后面的一堆只会跟着C改，也会最终到达正确的距离。
这种效应叫做Count to Infinity。
第二种方法叫做Link State Routing。
- 每个路由器广播自己到周围路由器的距离
- 当距离发生改变时，也要立即广播声明
- 得到距离之后，就有了一张如上图的地图，可以用Dijkstra算法得到最短距离
之后开始介绍IPv4和IPv6协议。
IPv4：
在介绍前，先介绍一下IP地址，在刚才讲过。
IP addresses:
one part to define a network
one part to define a computer connected to the network
使用bits来描述IP地址，也就是010101的序列，可以把他转化为十进制
问题就来了，在同一个局域网下的两个设备，并不需要通过Internet进行交流，有什么方法可以让他们便捷的认清对方，并建立本地连接呢？
IPv4提供了一个特性：MASK（子网掩码），也是由32bits构成的序列，1处代表该部分处于同一局域网，0处代表不处于。
IP地址：192.168.1.1
子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000 代表最后一个四分位无论怎么变化，都处于同一局域网中
当然子网掩码也可以写作十进制，上方即为255.255.255.0，也就表示IP地址有254个subnet
又因为子网掩码全是1和0，可以直接写作多少个1，也能表示。
上面的例子就变成了192.168.1.1/24
IP datagram（IP数据包）：
- IP通过传送数据包进行交流
下面是数据包的格式：
Header：32bits long
下面直接截图ppt说明各个部分的用途：
Network Address Translation:
因为根据定义，IP地址是有限的，所以早晚会有用完的那一天。那么可以把内网（Intranet）的地址重新定义，在外部只表现为1个IP地址，这样就能大大减少IP地址的数量。
NAT（Network Address Translation）：
- 对内表现为router
- 对外表现为host
- 负责对内对外的翻译工作（互联网产品经理既视感）
IPv6:
increase the IP addresses to 128 bit!
8 group of 4 hex digits
结构如下图所示：
Unicast VS Anycast:
- Unicast 是点对点传播
- Anycast是有用一个地址源可以指向一组地址：大大提高了效率
Header：
IPv4和IPv6都是好协议，目前是共存的，但是大家正在努力转变到6代协议，这里痛斥了一下美国，美国就是不转变，就像大家都用了公制单位米，而美国还在用英尺一样。
喜闻乐见系列（VPN）
在osi协议中的应用层，可以把IP数据包加密，然后再进行传播，就可以 认为他不在公网传播，而是自己在tunnal里传播，到了目的地址，再由当地的VPN进行解密就可以。
Edge Server：
大家都用公网进行数据访问，网络压力很大，于是，当地的服务运营商可以把最常见的访问数据存储在当地的服务器（Edge Server）。这就能大大提高访问的速度和效率。
TCP/UDP：
都是在前面加Header。
TCP：
UDP：
Service offered to application layer:
Application port identification
Connectionless
Error detection, no correction
Service required from network layer:
Connectionless network service
