计算机网络扫盲（2）——网络边缘

一、概述        

        在计算机网络得到术语中，我们把与因特网相连的计算机或其他设备称为端系统（或者主机），如下图所示，因为它们位于因特网的边缘，所以被称为端系统。因特网的端系统包括了桌面计算机（例如，桌面PC、Mac和Linux设备）、服务器（例如，Web和电子邮件服务器）和移动计算机（例如，便携机、智能手机和平板电脑）。此外，越来越多的非传统物品正被作为端系统与因特网相连。

        端系统也称为主机（host)，因为它们容纳（即运行）应用程序，如Web浏览器程序、Web服务器程序、电子邮件客户程序或电子邮件服务器程序等。主机有时又被进一步划分为两类：客户(client）和服务器（server)。客户通常是桌面PC、移动PC和智能手机等，而服务器通常是更为强大的机器，用于存储和发布 Web 页面、流视频、中继电子邮件等。今天，大部分提供搜索结果、电子邮件、Web页面和视频的服务器都属于大型数据中心（data center)。例如，谷歌公司（Google）拥有50 ~ 100 个数据中心，其中15个大型数据中心都有10万台以上的服务器。

二、接入网 

        考虑了位于"网络边缘"的应用程序和端系统后，我们接下来考虑接入网，这是指端系统物理连接到其边缘路由器（edge router）的网络。边缘路由器是端系统到任何其远程端系统的路径上的第一台路由器。

        接入网，简单点来说，就是从用户终端（如手机、电脑、平板、网络电视等）到运营商城域网之间的所有通信设备组成的网络。接入网的传输距离一般为几百米到几公里，因此经常被形象地称为“最后一公里”。我们的手机、电脑等终端，通过这“最后一公里”的服务，即可接入运营商的城域骨干网络，直到接入互联网。接入网有很多种分类方法。目前应用最广泛的，是根据接入方式划分为有线接入网和无线接入网

2.1 有线接入网

根据使用的线缆不同，主要分为3类：

• 铜缆接入，使用xDSL（x Digital Subscriber Line，x数字用户线）技术，过去那种使用电话线拨号上网就是这个技术。
• 光纤同轴混合接入，是一种灵活的混合使用光纤和同轴电缆的技术，家里的有线电视使用的就是这个技术。
• 光纤接入，使用全光纤接入的PON（Passive Optical Network，无源光网络）技术，是目前有线接入网的主流技术，FTTH（Fiber to the Home，光纤到户）让大家享受到了超高网速带来的便利性。

2.2 无线接入网

根据接入终端的移动性，主要分为2类：

• 固定无线接入，服务的是固定位置的用户或小范围移动的用户，主要技术包括蓝牙、Wi-Fi、WiMAX等。
• 移动无线接入，服务的是大量使用移动终端（如手机）的用户，主要技术是蜂窝移动技术4G、5G等。

三、物理媒体

        在前面的内容中，我们概述了因特网中的网络接入技术。当我们描述这些技术时，我们也指出了所使用的物理媒体。在这一节中，我们简要概述一下这些和其他常在因特网中使用的传输媒体。

3.1 双绞铜线

        最便宜并且最常用的导引型传输媒体是双绞铜线。一百多年来，它一直用于电话网。事实上，从电话机到本地电话交换机的连线超过99％使用的是双绞铜线。我们多数人在自己家中和工作环境中已经看到过双绞线。双绞线由两根绝缘的铜线组成，每根大约1mm粗，以规则的螺旋状排列着。目前局域网中的双绞线的数据率从10Mbps到10Gbps。所能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间的距离。

3.2 同轴电缆

        与双绞线类似，同轴电缆由两个铜导体组成，但是这两个导体是同心的而不是并行的。借助于这种结构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中相当普遍。我们前面已经看到，电缆电视系统最近与电调制解调器结合起来，为住宅用户提供数十Mbps速率的因特网接入。在电缆电视利电缆因特网接入中，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多个接收方。同轴电缆能被用作导引型共享媒体（sharedmedium)。特别是，许多端系统能够直接与该电缆相连，每个端系统都能接收由其他端系统发送的内容。

3.3 光纤

        光纤是一种细而柔软的、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。它们不受电磁干扰，长达100km 的光缆信号衰减极低，并且很难窃听。这些特征使得光纤成为长途导引型传输媒体，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中的应用，如在LAN或家庭接入网中就不使用它们。光载波（Optical Carrier,OC）标准链路速率的范围从51.8mbps到39.8cbps；这些标准常被称为oc-n，其中的链路速率等于n *51.8Mbps。

3.4 陆地无线电信道

        无线电信道承载电磁频谱中的信号。它不需要安装物理线路，并具有穿透墙壁、提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的能力，因而成为一种有吸引力的媒体。无线电信道的特性极大地依赖于传播环境和信号传输的距离。环境上的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／通过阻碍物体时信号强度降低、多径衰落（由于干扰对象的信号反射）以及干扰（由于其他传输或电磁信号）。

3.5 卫星无线电信道

        一颗通信卫星连接地球上的两个或多个微波发射器／接收器，它们被称为地面站。该卫星在一个频段上接收传输，使用一个转发器（下面讨论）再生信号，并在另一个频率上发射信号。通信中常使用两类卫星：同步卫星（geostationary satellite）和近地轨道（Low-Earth Orbiting, LEO) 卫星。
        同步卫星永久地停留在地球上方地相同点上。这种静止性是通过将卫星置于地球表面上方36000km 的轨道上而取得的。从地面站到卫星再回到地面站的巨大距离引入了可观的280ms信号传播时延。不过，能以数百 Mbps 速率运行的卫星链路通常用于那些无法使用DSL或电缆因特网接入的区域。
        近地轨道卫星放置得非常靠近地球，并且不是永久地停留在地球上方的一个点。它们围绕地球旋转，就像月亮围绕地球旋转那样，并且彼此之间可进行通信，也可以与地面站通信系统通信。为了提供对一个区域的连续覆盖，需要在轨道上放置许多卫星。当前有许多低轨道在研制中。LEO 卫星技术未来也许能够用于因特网接入。

四、小结

        本文详细介绍了关于计算机网络中端系统，接入网，通信链路的相关概念，了解了网络边缘的含义。