计算机网络：基础概念

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基础概念

什么是计算机网络

计算机网络是通信技术与计算机技术紧密结合的产物。是一种通信网络。

通信系统模型：

计算机网络的定义：计算机网络是互连的、自治的计算机集合。

互连：通过通信链路互联互通
自治：无主从关系

仅有通信链路无法保证信息交换，还需要协议
协议即是事先约定好的数据交换的规则

协议

• 网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
• 协议规定了通信实体之间所交换的信息的格式、意义、顺序以及针对
  收到信息或发生的事件所采取的动作(actions)

协议的三要素

• 语法(Syntax)：数据与控制信息的结构或格式；信号电平
• 语义(Semantics)：需要发出何种控制信息；完成各种动作以及做出何种响应；
  差错控制
• 时序(Timing)：事件顺序；速度匹配

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计算机网络结构

图中的计算机网络可以分为：网络边缘，接入网络或物理介质，网络核心

• 网络边缘：主机（端系统）、网络应用（C/S，Client/Server 应用模型或P2P，peer to peer 应用模型）
• 接入网络，物理介质：有线或无线通信链路，
• 网络核心（核心网络）：互联网的路由器或转发设备，是网络的网络

接入网络

数字用户线路

数字用户线路（DSL，Digital Subscriber Line）：利用已有的电话线提供网络连接
ADSL（Asymmetric DSL，非对称数字用户线路）是一种较为流行的DSL
非对称：上行传输速度与下行传输速度不一样
计算机通过调制解调器（modem），接入电话网络，
两端均设有分离器与 DSLAM 以分离电话信号与数据通信

DSL是典型的 FDM（Frequency-division multiplexing，频分多路复用） 技术的应用
频分多路复用：在不同频带上传播不同信号

DSL的接入是独占的

电缆网络

另一种应用 FDM 技术的接入网络是电缆网络，即利用有线电视网络接入到ISP

此方式又称为HFC（hybrid fiber coax，混合光纤同轴电缆），也是下行高于上行的非对称
而计算机需要 cable modem 对信号进行调制解调

HFC 从主机到电缆头端是多个家庭、多个设备共享的

典型家庭接入网络

可以看到，在不同的传输需要上选择了不同的传输媒体

机构接入网络

使用典型的局域网技术，目前使用最广泛的有线局域网技术为以太网（Ethernet）

目前，端系统通常直接连接以太网交换机

无线接入网络

通过共享的无线接入网络连接端系统与路由器
通常将主机连接到基站（base station）或称为接入点（access point）
典型无线接入网络：

• 无线局域网（LANs）：同一建筑物内，范围小；802.11b/g（WIFI）协议；11Mbps\54Mbps；
• 广域无线接入：通过电信运营商，接入范围在几十公里；3G、4G等；1、10、100Mbps；

接入网络解决的问题：如何将网络边缘接入核心网络 / 核心网络的边缘路由器？
（通过家庭、机构接入网络，无线接入网络等。不同的接入方式的带宽不同，有独占 / 共享之分）

网络核心

网络核心即是互连的路由器网络，其关键功能是路由和转发
路由（routing）：确定分组从源到目的传输路径
转发（forwarding）：将分组从路由器的输入端口交换至正确的输出端口

网络核心解决的问题：如何将数据从源主机通过网络核心送达目的主机（通过数据交换）

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Internet结构：网络之网络

Internet 是最大最典型的互联网络

• 端系统通过接入ISP（access ISP）连接到Internet
• 接入ISP 进一步互连构成复杂的网络互连的网络

实际情况是接入ISP 连接到更高一级的全球ISP，这些全球ISP 间建立一些对等链路
（peering link）进行互连，或引入第三方的 IXP（Internet exchange point）进行互连，
在全球ISP 与接入ISP 间可能还有一些区域ISP 存在，
另一方面，近年出现一种互联网内容提供商（Internet Content Provider，ICP）网络（如Google、M＄），
这种内容提供商网络可能运行自己的网络，并就近为端用户提供服务、内容

成为如下的局面：即网络中心是少数互连的大型网络
一级的商业ISP（如网通、电信、AT&T等）提供国家或国际范围覆盖的网络
内容提供商网络，作为私有网络，连接其数据中心与 Internet，通常绕过一级ISP 和区域 ISP

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2020/4/18