计算机网络自顶向下第一章 计算机网络和因特网（2）网络核心卫星无线电信道光纤双绞铜线物理媒体

1.2.2物理媒体
我们说过HFC使用了光缆和同轴电缆相结合的技术，我们说过DSL和以太网使用了双绞铜线，我们说过移动接入网使用了无线电频谱，
为了定义物理媒体所表示的内容，我们仔细的思考一下一个比特的短暂的历程，考虑一个比特从一个端系统开始传输，通过一系列的链路和路怄气，到达了另一个端系统，这个比特被传输了许许多多此，源端系统首先传输这个比特，不久以后其中的第一台路由器接受该比特，第一台路由器传输该比特，接着不久以后第二胎路由器接受该比特，等等，因此，这个比特从源到目的的传输当中，通过一系列的传输器-接收器对，对于每个传输器-接收器对通过跨越一种物理媒体传播电磁波或者光脉冲来发送该比特，该物理媒体可以具有多种形状和形式，并且对于沿途的每个传输器-接收器对而言不必具有相同的类型，物理媒体的例子包括双绞铜线，同轴电缆，多磨光线缆，陆地无线电频谱，和卫星无线电频谱，物理媒体划分成为两类：
1.导引型媒体和非导引型媒体
对于导引型媒体，电波沿着固体媒体前行，如光缆，双绞铜线，或者同轴电缆，对于非导引型媒体，电波在空气或者外层空间当中传播，例如，在无线局域网或者数字卫星频道当中
在深入讨论各种媒体类型的特性之前，我们简要的讨论一下他们的成本，物理链路(铜线，光缆等）的实际成本，其他的网络成本相比是相当小的，特别是安装物理链路的劳动力成本能够比材料成本高几个数量级，正因为这个原因，许多的建筑商在一个建筑物当中的每个房间当中都安装了双绞线，光缆和同轴电缆，及时最初仅仅使用了一种媒体，在不远的将来，也可能会使用另一种媒体，

1.双绞铜线
最便宜并且使用最为普遍得意引导性传输媒体就是双绞铜线，他一直用于电话网，从电话机到本地电话交换超过99%的连线使用的是双绞听筒线，我们多数人在自己的家庭和工作环境当中已经看到了双绞线，双绞线是由两根隔离的铜线组成的，没跟大约1mmm粗，绞合起来以减少来自邻近类似的双绞线的电器的干扰，无屏蔽双绞线，UTP，常常用于在建筑物内的计算机网络当中，即用于局域网（LAN）当中，目前局域网当中的双绞线的数据速率从10Mbps到10Gbps,所能够达到的数据传输速率取决于线的粗细以及传输方和接收方之间的距离。
6a类的电缆能够达到10Gbps的数据传输速率，双绞线最终已经作为高速LAN的联网的主要的方式。
双绞线也经常用于住宅因特网的接入，我们看到的，拨号调制解调器，技术通过双绞线能够以高达56kbps的速率接入，我们也看到，数字用户线（DSL）技术通过双绞线使得住宅用户以超过数十Mbps的速率接入因特网（当用户靠近ISP的调制解调器的居住时）

2.同轴电缆
与双绞线类似，同轴电缆由两个铜导体组成的，但是这两个导体是同心的而不是并行的，借助于这种结构以及特殊的绝缘体和保护层，同轴电缆能够达到较高的数据传输速率，同轴电缆在电缆电视系统当中相当普遍，我们前面已经看到，电缆电视系统最近与电缆调制器结合起来，为住宅用户提供数十Mbps的速率的因特网个的接入，在电缆电视和电缆因特网接入当中，发送设备将数字信号调制到某个特定的频段，产生的模拟信号从发送设备传送到一个或者多个接收方，同轴电缆能够被用作导引型共享媒体，特备是，许多端系统能够直接与该电缆相连，每个端系统能够接受由其他的端系统发送的东西

3.光纤
细而柔软，能够导引光脉冲的媒体，每个脉冲表示一个比特，一根光纤能够支持极高的比特速率，高达数十甚至数百Gbps，他们不受电磁干扰，长达100km的光缆信号衰减基地，并且很难窃听，这些特征使得光纤成为长途引导性传输媒体，特别是跨海链路，在美国和别的地方，许多长途电话网络现在全面使用光纤，光纤也广泛用于因特网的主干，然而高成本的光设备，如发射器接收器和交换机，阻碍光纤在短途传输当中的应用，如在LAN或者家庭接入网党总不能够使用他们，光载波标准在链路速率的范围从51.8MPS到39.8GBPS，这些标准常常被称为OC-n,其中的链路速率等于n*51.8Mbps,目前使用的标准包括OC-1,OC-3,OC-12
4.陆地无线电信道
无线电信道承载电磁频谱当中的信号，他不需要安装物理线路，并且具有穿透墙壁，提供与移动用户连接以及长距离承载信号的能力，因而成为了一种具有吸引力的能力，无线电信道的特性极大的依赖于传播环境和传输信号的距离，环境上考虑取决于路径损耗和遮挡衰落（即当信号跨距离传播和绕过/通过阻碍物体的时候信号降低强度），多径衰落，（由于干扰对象的信号反射）以及干扰（由于其他的无线电信道或者电磁信号）
陆地无线电信道能够大致划分为三类，一类运行在很短的距离，另一类运行在局域，通过跨越数十到几百米，第三类运行在广域，跨越数万米，个人设备如无线头戴式耳机，键盘和医疗设备跨短距离运行，

5.卫星无线电信道
一棵通信卫星连接两个或者多个位于地球的微波发射方和接收方，他们被称为地面站，该卫星在一个频段上接受传输，使用一个转发器再生信号，并且在另一个频率上传输的信号，通常使用两类卫星：同步卫星(geostationary atellite)和近地轨道(LEO)卫星

同步卫星永远的停留在地球上方的相同的店，这种静止存在是通过将卫星放置在地球表面上方360000km的轨道上取得的，从地面站到卫星在回到地面站的巨大的距离引入了280ms的可观的信号传播时延，不过能够以数百Mps的速率运行的卫星链路，经常用在那些无法使用的DSL或者电缆因特网接入的区域。

近地轨道卫星放置的非常的靠近地球，并且不是永久的停留在地球上方的一个点，他们绕着地球旋转，就像是月亮绕着地球旋转那样，为了提供对一个区域的连续覆盖，需要在轨道上放置许多的卫星，当前有许多低轨道通信系统在研制当中
近地轨道卫星技术未来也许能够用于因特网接入。

1.3网络核心
网络核心，即由互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络

1.3.1分组交换
在各种网络应用当中，端系统彼此交换报文，报文能够包含协议设计者需要的任何东西，报文可以执行一种控制功能，为了从源端系统向目的端系统发送一个报文，源将长报文划分成为小的数据块，称之为分组，在源和密度之间，每个分组都通过通信链路和分组交换机(packet siwtch)交换机主要有连累：路由器，链路层交换机）传送，分组以等于该链路最大传输速率的速度通过通信链路，因此，如果某源端系统或者分组交换机经过一条链路发送一个L比特的分组，链路的传输速率为R比特/秒。则传输该分组的时间为L/R秒
1.存储转发传输
多数分组交换在链路的输入端使用存储转发传输机制，存储转发机制是指在交换机能够开始向传输链路传输该分组的第一个比特之前，必须接受到整个分组，为了更为详细的探讨存储转发传输，考虑由两个经一台路由器连接的端系统构成的简单网络，一台路由器通常有多条繁忙的链路，因为他的任务就是把一个入分组交换到一条出链路，在这个简单的例子当中，该路由器的任务相当简单，将分组从一条输入链路转移到另一条唯一的连接链路，在图1-11，源已经传输了分组1的一部分，分组1的前沿已经到达了路由器，因为该路怄气应用了存储转发机制，所以此时此刻他还不能够传输已经接受的比特，而是必须先换粗你（即存储）该分组的比特，仅当路由器已经接受了该分组的所有的比特后，他才能够开始向出链路传输，总时延将是L/R，路怄气在转发前需要接受，存储和处理整个分组
现在我们来计算从源开始发送第一个分组直到目的地接收到所有的三个分组所需要的时间，
通过由N条速率均为R的链路组成的路径（所以，在源和目的地之间有N-1台路由器），从源到目的地发送一个分组的总体的情况，我们看到的端到端的时延是d端到端=N*L/R;

2.排队时延和分组丢失
每个分组交换机有多条链路和他相连，对于每条相连的链路，该分组交换机具有一个输出缓存（也称为输出队列），他用于存储路由器准备发往那天链路的分组，该输出缓存在分组交换当中起着重要的作用，如果到达的分组需要传输某条链路，但是发现该链路正在忙于传输其他的分组，该到达的分组必须在该输出缓存当中等待。
因此，除了存储转发的时延以外，分组还要承受输出缓存的排队时延，这些时延是变化的，变化的成都取决于网络的拥塞成都，因为缓存空间的大小是有限的，一个到达的分组可能发现改换村已经被其他的等待传输的分组完全充满了，在这种情况下，将出现1分组丢失(丢包),到达的分组或者已经排队的分组之一将被丢弃

分组被表示为3为切片，切片的宽度表示了该分组当中的比特的数量，在这张图当中，所有的分组具有相同的宽度，因此欧相同的长度，假定主机A和B向主机E发送分组，主机A和B先通过10MPS的以太网链路向第一个路由器发送分组，该路由器则将这些分组导向一条1.5MBPS的链路，如果在某个短时间间隔当中，分组到达路由器的到大陆超过了1.5MBPS,这些分组在通过链路传输之前，将在链路输出缓存当中的排队，在该路由器当中将出现拥塞，例如：如果主机1和主机b每个都同时发送了5个紧接的分组突发快，则这些分组当中的大多数将在丢队列当中得带，事实上，这个完全类似于每天都在经历的一些情况，例如我们再银行柜台前排队等到或者在过路收费站前面等待的时候，
3.转发表和路由选择协议
路由器从与它相连的一条通信链路得到分组，将其向与它相连的另一条链路转发，但是该路由器怎么样决定他叮当向哪条链路进行转发，不同的计算机网络实际上是不同的方式完成的，这里我们简要的介绍在因特网当中欧采用的方法
在因特网当中，每个端系统具有一个称为IP的地址的地址，当源主机要向目的端系统发送一个分组的时候，源在该分组的首部包含了目的地的IP地址，如同邮政地址那样，该地址具有一种等级结构，当一个分组到达网络当中的路由器的时候，路怄气检查该分组的目的地址的一部分，并且向一台相邻的路由器转发该分组，更加特别的是，每台路由器具有一个转发表，用于将目的地址映射成为输出链路，当某分组到达一台路由器的时候，路由器检查该地址，并用这个目的地址搜索器转发表，以发现适当的出链路，路由器将分组导向该出链路。
端到端选录过程与一个不适用地图而喜欢问路的汽车驾驶员类似，
我们刚刚学习了路由器使用分组的目的地址来索引转发表并决定适当的出链路，但是这个叙述还要求回答另一个问题，转发表是如何进行设置的？是通过人工对每台路由器逐台进行配置，还是因特网使用更为自动德国偶成进行设置的呢？
我们现在将告诉你因特网具有一些特殊的路由选择协议，用于自动的设置这些转发表，例如：一个路由选择协议可以库额定从每台路由器叨叨每个目的地的最短路径，并且使用这些最短路径结果来配置路由器当中的转发表。

1.3.2电路交换
通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换和分组交换，
在电路交换网络当中，在端系统键通信会话期间，预留了端系统键通信沿着路径所需要资源
在分组交换网络当中，这些资源则不是预留的，会话的报文按需使用这些资源，其后果可能是不得不等待接入通信线路，
传统的电话网络是电路网络的例子，考虑当一个人通过电话网向另一个人发送信息的时候所发生的情况，在发送方能够发送信息之前，该网络必须在发送方和接收方之间建立一条连接，这个是名副其实的连接，因为此时沿着发送方和接受方之间路径上的交换机都将为该连接维护连接状态，
当网络创建这种电路的时候，他也在连接期间在该网络链路上预留了恒定的传输速率，（表示为每条链路传输容量的部分）既然已经为该发送方-接收方预留了宽带，则发送方能够以确保的恒定的速率向接收方传输数据，
每台主机和一台交换机直接相连，当两台主机要通信的时候，该网络在两台主机之间创建了一条专用的端到端的连接，因此，主机A为了向主机B发送报文，网络必须在两条链路之上先预留一条电路，因为每条链路具有4条电路，对于由端到端连接所使用每条链路而言，该连接在连接期间获得了链路带宽的1/4怒分，例如：如果两台邻近交换机之间每条链路具有1MPBS的传输速率，则每个端到端的电路交换连接获得了250kps