【计算机网络】1.2 计算机网络的结构与网络边缘

第一章第二节 计算机网络结构与网络边缘

 在接下来的两节中，咱们将介绍计算机网络的部件，咱们从网络边缘向网络核心推动，查看计算机网络中的交换和选路。

Outline

• 网络边缘
• 接入网络
• 家庭接入网络：DSL、HFC、FTTH
• 企业接入网络：以太网和WIFI
• 移动接入网络：3G、4G
• 接入网络的物理媒介
• 网络核心
• Internet基本结构

 Notes

• 计算机网络结构包括以下三个部分：
  • 网络边缘：包括主机、网络应用等使用网络为人们服务的工具
  • 接入网络：有线或无线通讯链路
  • 网络核心：互联的路由器（或分组转发设备）

## 网络边缘 

• 定义：处在网络边缘的部分就是链接在因特网上全部的主机，主机上运行网络应用程序
• 通讯方式的分类：在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通讯方式一般可划分为：客户端/服务器方式和对等方式 
  • 客户端/服务端方式（C/S方式，Client/Server）：
    • 客户和服务端都是指通讯中所涉及的两个应用进程
    • 客户是服务的请求方，服务端是服务的提供方；客户发送请求，服务器接受响应；
    • 如：Web应用，文件传输FTP应用
  • 对等方式（P2P方法，Peer-2-Peer）
    
    • 定义：对等连接是指两台主机在通讯时并不区分哪个是服务请求方和提供方；他们可进行平等的、对等的连接通讯。
    • 特色：无（或不只依赖）专用服务器；通讯在对等实体之间直接进行；
    • 如：QQ，Skype

## 接入网络

• 定义：接入网络是将端系统链接到核心网络的物理链路
• 三种分类：
  • 家庭接入：DSL、电缆、FTTH、拨号等
  • 企业接入：以太网(LAN)和WiFi
  • 广域无线接入：3G/4G

【家庭接入网络： DSL 、电缆、FTTH】

• DSL（数字用户线）Digital Subscriber Line（独占式）
  • 采用多路复用技术，运用已有的电话线链接到中心局的DSLAM，将语音与数据分离：数据通讯经过DSL电话线接入Internet、语音经过DSL电话线接入电话网。   
  • 经过FDM（频分多路技术）编译成三段：0-4kHz（普通的双向电话信道），4kHz-50kHz（中速上行信道），50kHz-1MHz（高速下行信道）
  •  通常为ADSL结构：上行传输速率（上传速率）<2.5Mbps、下行传输速率（下载速率）<24Mbps
  •  ADSL=Asymmetric Digital Subscriber Line（非对称数字用户线路）
  • DSLAM=Digital Subscriber Line Access Multiplexer（数字用户线路接入复用器）

• 电缆因特网接入（HFC）：经常应用了光纤和同轴电缆，所以被称为混合同轴电缆
  • 各设备经过电缆网络，光纤接入ISP路由器：各设备共享电缆头端的接入网络
  • 数据、电视信号在共享线缆分布式网络上利用不一样频率传输；
  • 如同DSL调制协调器，电缆调制解调器一般是一个外部设备，经过一个以太网端口链接到家庭PC。
  • 须要电缆调制解调器端接系统（CMTS）；
•  FTTH：一种承诺更高速的新兴技术，光纤到户
  • 主动光纤网络(AON)：交换互联网
  • 被动光纤网络(PON)：每一个家庭有一个ONT(光纤网络断接收器)，由光纤链接到邻近的splitter(光纤分配器)，分配器将一些家庭集结成一根共享的光纤，再链接到本地的中心局的OLT(光纤线路段接收器)；该OLT提供光信号和电信号之间的转换，通过本地电话公司的路由器与因特网相连。

 

【企业(家庭)接入网络：以太网和Wifi】

• 以太网是一种经常使用LAN(局域网)标准
• 以太网用户使用双绞铜线与一台以太网交换机相连，以太网交换机或这样的交换网络与更大的因特网相连；
• 交换机的速度常为100Mbps，服务器的接入速度可能有1Gbps至10Gbps

 

• WiFi是一种无线LAN接入技术

【移动接入网络：Wifi和4G】

• 移动接入网络是将移动端系统与网络相连。分为两类
  • 无线局域网（wireless LAN）：无线用户与位于几十米半径内的基站（无线接入点）之间传输/接收分组。这些基站和有线的因特网相链接，于是为无线用户提供链接到有线网络的服务。
  • 广域无线接入网（wide-area wireless access network）：分组经用于蜂窝电话的相同无线基础设施进行发送，基站由电信提供商管理，为数万米半径内的用户提供无线接入服务。

 

【接入网络的物理媒介】

• 已学的接入网络地物理媒介
  • HFC使用了光缆和同轴电缆相结合的技术；
  • DSL和以太网使用了双绞铜线；
  • 移动接入网络使用了无线电频谱。
• 物理媒体分为两类：
  • 导引型媒体（guided media）：电波沿着固体媒体（光缆，双绞铜线或同轴电缆）被导引。
  • 非导引型媒体（unguided media）：电波在空气或外层空间（在无线局域网或数字卫星频道）中传播；

• 导引型媒体（guided media）
  • 双绞铜线：最便宜，使用最广泛，两根线被绞合起来，以减小对邻近双绞线的电气干扰。一根电缆由许多双绞线捆扎在一块儿，并在外面覆盖上保护性防御层，一堆电线构成一个通讯链路。非屏蔽双绞线UTP经常使用于建筑物内的计算机网络中，即用于局域网（LAN）中。双绞线最终已经成为高速LAN联网的主要方式。
  • 同轴电缆：由两个同心的铜导体和绝缘保护层组成，能做为导引式共享媒体，具备高数据传输速率。
  • 光缆：不受电磁干扰，长达100km的光缆信号衰减极低，而且很难接头。

• 非导引型媒体（unguided media）：电波在空气或外层空间（在无线局域网或数字卫星频道）中传播；
  • 陆地无线电信道：具备穿透墙壁，提供与移动用户的链接以及长距离承载信号的能力。
  • 卫星无线电信道：一颗通讯卫星链接两个或多个位于地球的微波发射方/接收方，它们被称为地面站。卫星无线电信道分为同步卫星和低地球轨道卫星。
    • 同步卫星永久的停留在地球上方相同的点，卫星链路经常使用于电话网或因特网的主干。卫星链路在那些没法使用DSL或基于电缆的因特网接入区域，也愈来愈多地用做高速住宅因特网接入。
    • 低地球轨道卫星 围绕地球旋转，彼此通讯，将来低地球轨道卫星技术也许能用于因特网接入。

## 网络核心

• 网络核心的定义
  • 网络核心是由互联网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络
  • 网络核心是指互联的路由器网络。
• 网络核心的关键功能：路由和转发
• 路由（rounting）：根据路由协议（利用路由算法）肯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端口输出（将目的地址映射成输出链路）

## Internet 基本结构

Internet是网络的网络，端系统经过access ISPs（接入ISP）链接到Internet；

接入ISP必须进一步连接，以保证任意两个主机互相发送分组；

ISP互联构成复杂的 网络的网络。

• 将接入ISP直接相互链接，则复杂度为O(n²)，不适用于大型网络
• 将接入ISP链接到一个国家/全球ISP上，但从商业的角度来看，会出现多个ISP相互竞争，大型ISP之间也必须互联；
• 大ISP之间的链接方法：对等链路 或 IXP（互联网交换结点）
• 区域ISP在 接入ISP 与 运营商ISP 之间
• 网络内容提供商（Google等）可能运行其本身的网络，就近为端用户提供内容和服务(Context provider network)；Google的私有网络童话村那个绕过一级ISPs和区域ISPs

• 多宿：能够与两个或更多提供商ISP链接，任何ISP（除了第一层ISP）能够选择为多宿。
• IXP：第三方公司建立因特网交换点。(Internet Exchange Point)