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Chap1概论

互联网的构成

网络边缘:位于互联网边缘与互联网相连的计算机和其他设备,如桌面计算机、移动计算机、服务器、其他智能终端设备
网络核心:由互联端系统的分组交换设备和通信链路构成的网状网络
如：分组交换路由器、链路层交换机、通信链路(光纤、铜缆、无线电、激光链路)

网络分类

PAN(PersonalAreaNetwork)

  • 能在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络
  • 覆盖范围一般在10米半径以内，如蓝牙耳机等

LAN(LocalAreaNetwork)

  • 局部地区形成的区域网络，如企业网络
  • 分布地区范围有限，可大可小，大到一栋建筑、小到办公室内的组网
  • 电脑WLAN接入，打印机共享等等

MAN(MetropolitanAreaNetwork)

  • 覆盖整个城市的网络

WAL(WideAreaNetwork)

  • 覆盖很大地理区域，乃至覆盖地区和国家

接入网

接入网的用途

  • 接入网的用途是将主机连接到边缘路由器上
  • 边缘路由器是端系统Host去往任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器

各种异构网络通过边缘路由器接入

接入网分类：

  • 光纤到户FTTH
  • 数字用户线DSL
  • 同轴电缆
  • 无线接入
  • 企业和家庭网络

网络核心功能

  1. 路由

    确定数据分组从源到目标所使用的路径(全局操作)

  2. 转发

    路由器或交换机将接收到的数据分组转发出去(即移动到该设备的某个输出接口)

网络分层

OSI 7层模型

  1. Application Layer 应用层
  2. Presentation Layer 表示层
  3. Seesion Layer 会话层
  4. Transprot Layer 传输层
  5. Network Layer 网络层
  6. Data Link Layer 数据链路层
  7. Physical Layer 物理层
数据链路层
  • 实现相邻（Neighboring）网络实体间的数据传输
  • 成帧（Framing）：从物理层的比特流中提取出完整的帧
  • 错误检测与纠正：为提供可靠数据通信提供可能
  • 物理地址（MAC address）：48位，理论上唯一网络标识，烧录在网卡，不便更改
  • 流量控制，避免“淹没”（overwhelming）:当快速的发送端遇上慢速的接收端，接收端缓存溢出
  • 共享信道上的访问控制（MAC）：同一个信道，同时传输信号。如同：同一个Wifi热点（AP）连接着多个无线用户（手机），则多个用户同时需要发送数据，如何控制发送顺序？
网络层
  • 将数据包跨越网络从源设备发送到目的设备（host to host）
  • 路由（Routing）：在网络中选取从源端到目的端转发路径，常常会根据网络可达性动态选取最佳路径，也可以使用静态路由
  • 路由协议：路由器之间交互路由信息所遵循的协议规范，使得单个路由器能够获取网络的可达性等信息
    服务质量（QoS）控制：处理网络拥塞、负载均衡、准入控制、保障延迟
  • 异构网络互联：在异构编址和异构网络中路由寻址和转发
传输层
  • 将数据从源端口发送到目的端口（进程到进程）
  • 网络层定位到一台主机（host），传输层的作用域具体到主机上的某一个进程
  • 网络层的控制主要面向运营商，传输层为终端用户提供端到端的数据传输控制
  • 两类模式：可靠的传输模式，或不可靠传输模式
  • 可靠传输：可靠的端到端数据传输，适合于对通信质量有要求的应用场景，如文件传输等
  • 不可靠传输：更快捷、更轻量的端到端数据传输，适合于对通信质量要求不高，对通信响应速度要求高的应用场景，如语音对话、视频会议等
会话层 (Session Layer)

利用传输层提供的服务，在应用程序之间建立和维持会话，并能使会话获得同步

表示层（Presentation Layer）

关注所传递信息的语法和语义，管理数据的表示方法，传输的数据结构

应用层（Application Layer）

通过应用层协议，提供应用程序便捷的网络服务调用

TCP/IP 四层模型

  1. 应用层
  2. 传输层
  3. 互联网层
  4. 网络接口层

两者优劣

Chap2物理层

  • 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
  • 物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
  • 用于物理层的协议也常称为物理层规程 (procedure)。

物理介质

引导型介质

信号在固体介质中传播，例如铜，光纤，同轴电缆

光纤

  • 高速运行
    高速点对点传输（10-100 Gbps）

  • 低错误率
    中继器相距很远，对电磁噪声免疫

双绞线
  • 两根绝缘铜线互相缠绕为一对
  • 电话线为1对双绞线，网线为4对双绞线，广泛用于计算机网络（以太网）双向传输
  • 第5类：100 Mbps~1 Gbps；第6类：10Gbps
  • 传输距离一般为为100米
同轴电缆
  • 两根同心铜导线，双向传输
  • 电缆上的多个频率通道
  • 带宽可达100Mbps
  • 传输距离一般为200米

非引导型介质

信号自由传播，例如无线电（陆地无线电、卫星无线电信道)

无线电
  • 电磁频谱中各种“波段”携带的信号
  • 没有物理“电线”
  • 不依赖介质的广播
  • 半双工（发送方到接收方）
无限链路类型
  • 无线局域网（WiFi）
    10-100 Mbps；10米
  • 广域（如3/4/5G蜂窝）
    在~10公里范围内
  • 蓝牙：短距离，有限速率
  • 地面微波：点对点；45 Mbps
  • 同步卫星：36000km高空， 280毫秒的往返时延
  • 低轨卫星：近地，但围绕地球高速运动，需要大量卫星才能覆盖地球

数据交换方式

分组交换

分组交换采用把一个个小的数据包存储转发传输来实现数据交换

主要的一些缺点：
1、不具有实时性。
2、存在延时。
3、会造成通信阻塞。
4、存在无用的重复数据。
5、会出现丢包的情况。

优点：
1、设计简单。
2、资源利用率很高。

电路交换

电路连接的三个阶段：

1、建立连接。
2、数据传输。
3、释放连接。

优点：
1、传输速度快、高效。
2、实时。

缺点：
1、资源利用率低。
2、新建连接需要占据一定的时间，甚至比通话的时间还长。

电路交换的多路复用

频分多路复用FDM
时分多路复用TDM

信道复用

复用 (multiplexing) 是通信技术中的基本概念。
它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。

频分复用

  • 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
  • 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用

时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。

波分复用

波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

码分复用

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。