中科大计网学习记录笔记（三）：接入网和物理媒体

前言：

学习视频：中科大郑烇、杨坚全套《计算机网络（自顶向下方法 第7版，James F.Kurose，Keith W.Ross）》课程
该视频是B站非常著名的计网学习视频，但相信很多朋友和我一样在听完前面的部分发现信息量过大，有太多无法理解的地方，在我第一次点开的时候也有相同的感受，但经过了一段时间项目的学习，对计网有了更多的了解，所以我准备在这次学习的时候做一些记录并且加入一些我的理解，希望能够帮助到大家。
往期笔记可以看专栏中的内容

资料分享：
视频课件分享链接，提取码 pho1
计算机网络（第七版） 自顶向下方法分享链接，提取码 7ln4

1.4 接入网和物理媒体

1.4.1 概述

• 如何把边缘接到核心（接入网）
• 支持接入网的 media（物理媒体）

将端系统接入边缘路由的方法

• 住宅接入网络
• 单位接入网络
• 无线接入网络

带宽：是指在一定时间内传输的数据量或信号的 最大能力，通常用于描述通信系统的性能。带宽的单位通常是比特每秒（bps）或赫兹（Hz）；带宽是 通信系统性能的关键指标之一。较高的带宽通常表示更大的数据传输能力，可以支持更快速的通信速率。

带宽分为独享和专有两种形式

• 独享带宽意味着一定数量的宽带资源专门为一个用户或者一个连接所保留，无需与其他用户共享，这通常用于需要更高可靠性和稳定性的应用场景，例如企业级网络、关键业务应用或对带宽要求较高的特定任务。
• 共享带宽则是多个用户或连接共同使用一定数量的带宽资源。在共享带宽的情况下，多个用户共享网络或通信线路上的可用带宽。这种模式通常用于普通互联网服务、低成本的网络连接或一些小型组织，因为它更经济实惠。

家庭网络一般是共享带宽，比如无限宽带网络，当很多人执行下载任务的时候网络就会卡顿，这是因为带宽是有限的资源，当多人同时进行下载时，网络带宽将被分配给每个活跃的下载任务，这可能导致每个任务获得的带宽减少。

1.4.2 住宅接入（modem）

调制解调器（Modem）是一种用于将 数字数据转换为模拟信号（调制）以及将模拟信号转换为数字数据（解调）的设备。Modem一词来源于英文单词 “Modulator” 和 “Demodulator” 的缩写。

如果将专线通入到用户家里会存在一些困难，首先是需要大量的基础设施建设和成本，其次直接将专线引入住户需要建设和维护一个庞大的网络基础设施，管理和维护成本较高。这种方式对于覆盖广泛的城市或乡村地区来说可能不太实际。

所以会选择一些已有的资源去实现接入，比如 电话线、电缆 或者 无线网络技术，通过调制解调器将数字信号传输到住户。

1.4.3 接入网 —— 电话线接入

名词解释：

• DSL modem：调制解调器，就是上面提到的部分
• splitter：分线器，是一种用于分离语音信号和数据信号的设备。它被用于用户的电话线路，以 确保语音通信和DSL数据传输可以在同一条电话线上进行而不相互干扰。
• DSLAM：数字用户线接入复用器，是一种用于连接多个数字用户线（如电话线）的设备，它允许这些用户通过DSL技术访问数字通信网络。DSLAM的主要功能是 将用户的数字数据传输到主干网络，并将来自主干网络的数据传输到用户端。
• ISP：互联网服务提供商，互联网服务提供商是一种提供用户互联网接入服务的组织或公司，它允许个人、家庭、企业等用户通过不同的网络技术连接到互联网，比如电信、联通、移动等公司。

1.4.4 接入网 —— 线缆网络

cable modem：电缆调制解调器

1.4.5 家庭网络

上图中红圈的部分是复合设备，它集成了很多的设备，在详细了解之前，我们必须直到如果设备想接入互联网需要有什么条件

1. 物理连接或者无线连接的方式来接入互联网
2. IP地址，每个设备在网络上都需要一个唯一的IP地址，以便在互联网上标识和定位。
3. DNS服务器，用于解析域名为相应的IP地址，比如平时访问网页肯定不是通过输入 IP 地址来访问的，这样首先就是不美观，其次对网址的记忆也产生了困难，所以需要域名；

• **域名 **是用于在互联网上标识和定位特定资源的人类可读的字符串，用于代替更难记忆的IP地址。
• 每天都有很多的域名被注册和使用，所以需要一个能够实时更新的数据库将域名解析为 IP 地址，相信很多上线网站的朋友都有过注册域名解析的经历，这其实就是为了给上线的服务器的 IP 地址配置域名解析。

除了上面提到的三个还有很多条件，这个放到后面详细说明，继续说回复合设备的事情，上图中的复合设备就提供了上面部分的功能，比如路由器、交换机、防火墙等等功能，设备通过接入这个复合设备实现了 局域网通信，再通过复合设备接入 modem 来实现和互联网的通信，因为互联网通信的功能，也就解释了为什么很多游戏在同一 WIFI 下可以实现联机操作，即使 WIFI 无法上网。

1.4.6 企业接入网络

通过级联的方式接入网络最终多个交换机汇总介入到 ISP

1.4.7 无线接入网络

广域无线接入包括各种无线通信技术，如移动通信、卫星通信和其他广域无线网络；比如平时使用的移动数据就是通过这种方式。

通过建设基站的方式为周围的用户提供接入互联网的服务，但这个服务是有范围的，如果到没有基站的位置就无法通话和上网，移动电话通信的基站和广域无线接入的基站通常指的是同一类设备。

这时候可以通过卫星通信来解决，卫星通信不依赖于地面基站，因此在偏远地区或没有基站覆盖的地方也能提供通信服务。卫星通信通常用于在海洋、沙漠或山区等难以覆盖的地方，以及在灾难救援等应急情况下，但需要注意的是，卫星通信（卫星电话也是）都需要相应的设备支持，用户需要使用 专门设计用于卫星通信的设备才能进行通信。

提到卫星通信，就不得不提到华为的卫星通话了，卫星电话是一种通过卫星通信系统进行通信的方式。用户可以通过携带 卫星电话设备，利用卫星信号进行语音通话或短信交流（遥遥领先）。

无线通信中，信号在空间传播时会遇到传播路径损耗，这是由于信号在传播过程中遇到障碍物、大气吸收、散射等因素导致的信号衰减。信号传播的距离越远，路径损耗越大。

建筑物、树木、地形等物体对信号的传播都会产生影响。信号需要穿过这些障碍物，而障碍物会导致信号的衰减和反射，影响信号的传输距离。（电梯中为什么没有信号）

有线的方式可以减小或者避免这种损耗，所以有线通信传播更远。（光纤中的全反射）

1.4.8 物理媒介

• 物理链路：连接每个发送 - 接收对之间的物理媒体
• 导引型媒体：信号沿着固体媒介被引导，同轴电缆、光纤、双绞线
• 非导引型媒体：开放的空间传输电磁波或者光信号，在电磁或者光信号中承载数字数据。

常见的物理媒介有

• 双绞线（Twisted Pair）： 双绞线是一对细线（通常为铜线）缠绕在一起的电缆。它是最常见的网络传输媒介之一，用于以太网和电话系统。双绞线分为无屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），具有不同的抗干扰能力。
• 同轴电缆（Coaxial Cable）： 同轴电缆包含一个中心导体、绝缘层、环绕导体和外层绝缘层。它通常用于电视信号传输、有线电视和一些局域网应用。
• 光纤（Optical Fiber）： 光纤是一种利用光的传输方式，通过内部反射将光信号传输。光纤具有高带宽、低损耗和抗电磁干扰的特点，被广泛用于高速网络、通信系统和数据中心。
• 无线信道： 无线信道通过无线电波传输数据。常见的无线通信媒介包括无线局域网（Wi-Fi）、蓝牙、移动通信网络（如3G、4G和5G）等。无线通信是实现移动性和灵活性的重要方式。