Networking Technologies of IoT

Outline

3.1 Computer network and Internet 电脑网络及互联网
3.2 Mobile communication network 流动通讯网络
3.3 Broad band wireless network 宽带无线网络
3.4 Low rate wireless network 低速率无线网络

3.1 Computer Network and Internet 计网

Computer Network

Defination: group of interconnected computers.
Computer Network allows computers to communicate with each other and to share resources and information.

Communication Model 通信模型

Communication Model

name	作用
Source	生成要传输的数据
Transmitter	将数据转换成可传输的信号
Transmission System	传输信号
Receiver	将接收到的信号转换成数据
Destination	接收数据

Communication Types 通信类型

name	名字	特点
Unicasting	单播	一对一
Multicasting	多播	一对多
Broadcasting	广播	一对范围内所有

Network Classification

classify with area

WAN > MAN > LAN > PAN

name	名字	特点
PAN	个人区域网	10米以内
LAN	局域网	对范围有限制，对传输时间有要求
MAN	城域网	大范围，50km，大型局域网
WAN	广域网	互联网就是广域网，通常涵盖一个国家或一个洲

classify with connectivity method 按联通方式（算法）分类

name	cost	install	troubleshoot	check	other
BUS	low	easy	easy	hard
STAR	high	easy	hard	easy	HUB成本高
MESH	high	easy	hard	easy
TREE	middle	hard	easy	hard	点对点连接，有软件支持

BUS

BUS

所有网络中的设施都作为主干路的节点，所有设施只能向左或向右传输。

优点：① 易安装 ② 电缆成本低
缺点：① 一点故障网络崩溃 ② 难检查故障

STAR

STAR

所有设施均通过一个HUB连接，HUB掌管一切

优点：① 易安装 ② 故障不会影响整个网络 ③ 易检查故障
缺点：① 电缆成本高 ② HUB崩溃网络崩溃 ③ HUB成本高

MESH

MESH

用电缆去连接每个其他设备

优点：容忍节点崩溃，易安装
缺点：成本高

TREE

TREE

优点：点对点连接，有软硬件支持
缺点：有电缆类型限制，不容忍节点崩溃，难安装

网络

name	名字	特点
Intranet	内部网	单一管理实体
Extranet	外部网	对外界访问有限制
Internet 互联网	全世界靠协议互通

网络用语定义

Packet：网络传输包
Point- to - Point network: 点对点网络
Router：路由器，负责在两个网络之间传输信息。

网络传输方式

circuit switching: dedicated circuit per call 电路传输
packet switching: data sent through net in discrete “chunks” 以包的形式分块传输

Protocol 协议（重点）

定义
A protocol is a set of rules that governs the communications between computers on a network.
协议是控制网络上计算机之间通信的一组规则。

协议的关键特征

制定数据交换的格式
Syntax: 数据格式
Semantics: 控制信息(匹配判定，错误判定等）
Timing: 传输速度匹配，排队传输
Actions: 如果发生了事情的处理办法

协议栈相关基本属于（重点）

Reliability 数据可靠性
error-free & ordered delivery 无误差，无乱序
保证措施：acknowledgements and retransmission 确认和重传
Overload 过载
Too many packets occur in a subnetwork in the same time
太多包出现在一个子网络中导致处理效率降低或堵塞
Congestion 堵塞
路由器队列太长，导致缓存满了，造成数据堵塞。
Flow-control 流量控制
to protect the receiver against the overload
防止过载，传输层关键算法
Congestion prevention 防堵塞
to prevent the intermediate nodes against the overload
防止中间节点过载，网络层关键算法
End-to-end 端到端
终端到终端。

OSI Protocal Stack OSI协议栈（重点）

OSI Model

Physical Layer 物理层

信号以能量的形式在媒介中传输。

(Data) Link Layer 链路层

correct errors.
将字节电流（bits）转化为传输帧（Transmission of frames）
error contorl & flow control

Network Layer 网络层

主要负责节点之间的链接
End-to-end packet transmission
Congestion control

Transport Layer 传输层

End-to-end packet reliablility
把整条消息分成包去发送
Reassemble 将包重新集合
End-to-end flow control
Acknowledgments 信息确认

Session Layer 会话层

session management service 会话管理服务协议
Assignment of logical ports 逻辑端口的分配
Synchronization 异步

Presentation Layer 表现层

syntax and semantics of messages
code conversion

Application Layer 应用层

用户网络应用协议

协议栈性质:
Each layer in stack:

Performs related functions
执行相关功能
Relies on lower layer for more primitive functions
依赖于更低级的功能
Provides services to next higher layer
为下一层提供服务
Communicates with corresponding peer layer of neighboring system using a protocol
利用协议与邻近系统的相应对等层通信

传输协议的可靠性

传输层协议：

TCP：可靠传输
UDP：不可靠传输

网络设备（重点）

name	名字	特点
Repeater	中继器	将网络逻辑上连接到一起
Hub	中心	多端口的中继器
Bridge	网桥	两个网络的数据连接
Switch	开关	多端口的网桥
Router	路由器	连接在传输层兼容的网络
Gateway (proxy server)	网关（代理服务器）	连接两个网络之间的路由器

Devices of the Network Connection

Packet Switching & Circuit Switching

Packet Swithching 分组交换（不重要）

适用于传输数据量大的情况
适用场景
- 资源分享
- 没有 start-up delay 的场景
包传输需要经历时延，所以不能用于实时传输
过度拥堵会导致包的延迟和丢失
协议需要实现数据传输和拥塞控制

分组交换的性能（不重要）

性能指标
Overhead 开支：CPU把包放在网络上所需要的时间
Throughput 吞吐量: 每秒传输的最大字节数
Latency 延迟：第一个字节到达接收方所需要的时间
延迟来源
Wire latency 线路延迟
Router latency 路由器延迟

分组交换的延迟来源（不重要）

Nodal processing 节点处理
Queuing 队列
Transmission delay 传输延迟
Propagation delay 传播延迟

Internet protocal

Application Layer: ftp,smtp,http
Transport Layer: tcp,udp
Network Layer: ip,routing protocal

Mobile Communication Network

First-generation mobile phones: analog voice
- IMTS (Improved Mobile Telephone System)
- AMPS (Advanced Mobile Phone System)
Second-generation mobile phones: digital voice
- D-AMPS
- GMS
- CDMA

First-generation mobile phones: analog voice

A single channel for both sending and receiving
这太乱了，跳过这一节

Broad Band Wireless Network

Goals for wireless LAN 无线局域网的目标

Goals	翻译
low power	低功率
robust transmission technology	健壮的传输技术
easy to use, simple management	管理简单，易于使用
protection of investment in wired networks	有线网络投资保障
security, privacy	安全，隐私
transparency concerning applications and higher layer protocols	应用协议和更高层协议的透明性

wireless LAN 优缺点

Advantages	翻译
flexibility	灵活性
no wiring difficulties	没有布线困难
more robust against disasters	更强大的御灾能力

DisAdvantages	翻译
lower bitrate compared to wired networks	与有线网络相比，比特率更低
More difficult to secure	更难以获得

第三章未完待续。。先背其他章。。。