「重学计算机网络」第一章：计算机网络和英特网（上）

• 1.1 什么是因特网
• 1.2 网络边缘
• 1.3 网络核心

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• 1.4 分组交换网中的时延、丢包和吞吐量
• 1.5 协议层次及其服务模型

1.1 什么是因特网

具体构成

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简单总结下：计算网网络主要是为了，端系统之间互相通信，端系统之间传输靠的是 ISP 因特网服务提供商和和通信链路（物体传输介质），然后通信还需要一些规定（协议），主要是 TCP 和 IP 协议

1.2 网络边缘（端系统）

从网络体系的最边缘开始，一步步向内介绍：

第一层：端系统

容纳应用程序，分为：客户端和服务器

• 桌面计算机
• 服务器
• 移动计算机
• 其他联网设备

第二层：接入网

将端系统物理连接到其边缘路由器的网络

边缘路由器：端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器

接入方式

• 数字用户线（Digital Subscriber Line,DSL）：住户通过提供本地电话接入的本地电话公司处获得 DSL 因特网接入。本地电话公司也就是它的 ISP。上行和下行速率是不一样的，也就是不对称的。
• 电缆：光缆将电缆头端连接到地区枢纽，从这个使用传统的同轴电缆到达各家各户，也被称为混合光纤同轴系统。
• 光纤到户（Fiber To The Home, FTTH）：从本地中心局直接到家庭提供了一条光纤路径。
• 卫星：在偏远地区，家庭的调制解调器经过电话线连接到ISP的调制解调器，速度极慢。
• 以太网：以太网用户使用双铰铜线与一台以太网交换机相连。最常用的。
• Wi-Fi：用户与无限LAN相连，该接入点与企业网相连，企业网再与有限因特网相连。
• 广域无线（3G和LTE）：手机等设备应用了与蜂窝移动电话相同的无线基础设备，通过蜂窝网提供商运营的基站来发送和接收分组。

物理媒体

• 导引型媒体：电波沿着固体媒体前行，如光缆、双铰铜线或同轴电缆
• 非导引型媒体：电波在空气或外层空间中传播，例如在无线局域网或数字卫星频道中

1.3 网络核心

互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络。
通过网络链路喝交换机移动数据有两种基本方法：
1. 分组交换
2. 电路交换

分组交换

端系统之间通过报文进行交流，一段报文可以包含文字、音乐、图像。为了从源端系统向目的端系统发送一个报文，源会将报文切成较小的数据块，称之为分组。

在源和目的地之间，每个分组都通过通信链路和分组交换机（路由器和链路层交换机）。

存储转发传输

交换机不是一次收到整个分组，而是在收到分组第一个字节后，就将他存储在交换机中，等整个分组都传送过来后，再将其转发。

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如上图，如果要发送一个 L 比特的分组，链路的传输速率是 R 比特/秒。
假如不是存储转发传输，而是交换机收到分组的一个字节就转发出去，那从源到目的地的时延就是 L/R。但是现在存在存储转发这种情况，分组从源到交换机的时延为L/R，从交换机到目的地的时延也是L/R，并且分组得先到交换机，在到目的地，总时延也就是 2L/R。
上面是两条路径，假如有N条速率相同的路径，端到端时延也就是：d=N*L/R

排队时延和分组丢失

每台交换机都与多条链路相连，对于每个相连的链路，交换机都有一个输出缓存（输出队列），用于存储路由器准备法网那条链路的分组，如果分组到达的时候发现该链路正在转发别的分组，这分组就必须在输出缓存中等待，这个等待的时间也就是排队时延。如果输出缓存被占满了，就会出现分组丢失，到达的分组或者已经排队的分组之一将被丢弃。

转发器和路由选择协议

路由器怎么知道选择哪条链路去哪边？
在因特网中，每个端系统具有一个IP地址，当源主机向目的端系统发送一个分组时，源在该分组的首部包含了目的地的IP地址，每台路由器都有一个转发表，用于将目的地址映射成输出链路。每台路由器都会根据IP地址中的一个字端找到对应的链路。

电路交换

与分组交换不同的是，分组交换是你要用我就给你，但可能会阻塞或者丢包，但电路交换是预先建立连接，只能我们使用。

在电路交换网络中，在端系统间通信会话期间，预留了端系统间沿路径所需要的资源（缓存，链路传输速率）。

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使用电路交换的时候，两台主机之间会创建一条专用的端到端连接。

电路交换也分为两种：
1. 频分复用（Frequency-Division Multiplexing, FDM）
2. 时分复用（Time-Division Multiplexing, TDM）

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频分复用 FDM

把一条链路分成不同的频段，每个连接使用特定的频段，频段的宽度也被称为带宽，如上图，带宽就是4kHz。

时分复用 TDM

时间被分成固定长度的帧，每一帧又被划分为固定数量的时隙，1个时隙对应一个连接。

分组交换和电路交换

总结下来，电路交换需要预先建立通道，耗时！通道空闲时浪费资源！但一定程度上能保证稳定。举个餐厅吃饭的例子，分组交换是无需预定的餐厅，你去了餐厅如果有位置就可以吃，人满了需要等待，当然也可能有用户等不了走掉了。电路交换就是必须预定的餐厅，我们会多一步预定的操作，但只要预定上了就肯定有位置。

网络的网络

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现在的互联网是一个网络的网络，由十多个第一层的 ISP 和数十万个较低层 ISP 组成。较低层的 ISP 与较高层的 ISP 相连，较高层 ISP 彼此互联。用户和内容提供商是较低层 ISP 的客户，较低层 ISP 是较高层 ISP 的客户。近年来，主要的内容提供商也已经创建自己的网络，直接在可能的地方比较低层 ISP 互联来节约费用。