计算机网络学习笔记1
计算机网络概述
协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作
网络边缘
通常把和因特网相连的计算机和其他设备称为端系统（end system），也叫主机（host）。端系统可以是个人计算机、工作站、服务器、智能手机等。端系统通过访问网络来获取各种服务，如电子邮件、网页浏览、视频流等。
主机有时分为两类：客户（clinet）和服务器（server）
接入网
接入网是指将端系统物理连接到边缘路由器的网络
边缘路由器是端系统到任何其他远程端系统路径上的第一台路由器
##### 家庭接入： DSL 、电缆、FTTH 、拨号和卫星
宽带住宅接人有两种最流行的类型：数字用户线(Digital Subscriber Line, DSL) 和电缆
当使用DSL 时，用户的本地电话公司也是它的lSP
家庭电话线同时承载了数据和传统的电话信号，它们用不同的频率进行编码：
- 高速下行信道，位于 50kHz 到 1MHz 频段；
- 中速上行信道，位于 4kHz 到 50kHz 频段；
- 普通的双向电话信道，位于 0 到 4kHz 频段。
这种方法使单根DSL 线路看起来就像有3 根单独的线路一样， 因此一个电话呼叫和一个因特网连接能够同时共享DSL 链路
DSL 标准定义了多个传输速率，包括12Mbps 下行和l. 8Mbps 上行传输速率[ ITU 1999 ] , 以及55Mbps 下行和15Mbps 上行传输速率
DSL 利用电话公司现有的本地电话基础设施，而电缆因特网接入(cable Internet access )利用了有线电视公司现有的有线电视基础设施
光缆将电缆头端连接到地区枢纽，从这里使用传统的同轴电缆到达各家各户和公寓
在这个系统中应用了光纤和同轴电缆，所以它经常被称为混合光纤同轴( Hybrid Fiber Coax , HFC) 系统
企业（和家庭）接入：以太网和 WIFI
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相连的交换机网络，则再与更大的因特网相连。使用以太网接入，用户通常以 100 Mhps 或 1 Gbps 速率接入以太网交换机，而服务器可能具有1 Gbps 甚至 10 Gbps 的接入速率
基于IEEE 802. 11 技术的无线LAN 接入，更通俗地称为WiFi
广域无线接入：3G 和 LTE
应用了与蜂窝移动电话相同的无线基础设施，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：信号沿着固体媒介被导引：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
双绞铜线
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
无屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair, UTP ) 常用在建筑物内的计算机网络中，即用于局域网( LAN) 中
目前局域网中的双绞线的数据速率从 10 Mbps 到 10 Gbps 。所能达到的数据传输速率取决千线的粗细以及传输方和接收方之间的距离
同轴电缆
两根同轴的铜导线，双向
基带电缆：电缆上一个单个信道，Ethernet
宽带电缆：电缆上多个信道，HFC
同轴电缆能被用作导引型共享媒体(shared medium ) 。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
光纤和光缆
光脉冲，每个脉冲表示一个 bit，在玻璃纤维中传输
高速：点到点的高速传输（如 10 Gps - 100 Gps 的传输速率
低误码率：在两个中继器之间可以有很长的距离，不受电磁噪声的干扰
安全
无线链路
开放空间传输电磁波，携带需要传输的数据
不需要物理的线缆
双向
传播环境效应
- 反射
- 吸收
- 干扰
类型：
- 地面微波
- LAN（e.g.: WIFI）
- wide-area （e.g.: 蜂窝）
- 卫星：
- 每个信道 Kbs 到 45Mbps（或者多个聚集信道）
- 同步静止卫星和低轨卫星
- 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
网络核心
网络核心是路由器的网状网络
数据通过网络进行传输的方式：
- 电路交换：为每个呼叫预留一条专有电路
- 分组交换：
- 将要传送的数据分成一个个单位
- 将分组从一个路由器到相邻路由器（hop），一段段最终从源端传送到目标端
- 每段：采用链路的最大传输能力
电路交换
端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫
独享资源（不同享）：每个呼叫一旦建立起来就能保证性能
如果呼叫没有数据发送，被分配的资源就会被浪费
通常被传统电话采用
为呼叫预留端-端资源
- 链路带宽、交换能力
- 专用资源：不共享
- 保证性能
- 要求建立呼叫链接
频分复用 FDM
在连接期间链路为每条连接专用一个频段，这个频段的宽度称为带宽
时分复用 TDM
时间被划分为固定期间的帧，并且每个帧又被划分为固定数量的时隙。当网络跨越一条链路创建一条连接时，网络在每个帧中为该连接指定一个时隙，这些时隙专门由该连接单独使用，一个时隙（在每个帧内）可用于传输该连接的数据
e.g.: 在一个电路交换网络上，从主机 A 到主机 B 发送一个 640000 bit 的文件需要多长时间
所有的链路速率为 1536 Mbps
每条链路使用时隙数为 24 的 TDM
建立端-端的电路需要 500ms
解：
每条链路的速率（一个时间片）：\(\frac{\text{1.526 Mbps}}{\text{24}}=\text{64kbps}\)
传输时间：\(\frac{\text{640000 bits}}{\text{64 kbps}}=\text{10s}\)
总时间：\(500ms+10s=10.5s\)
电路交换不适合计算机之间的通信：
- 建立时间长
- 计算机之间通信具有突发性，使用线路交换浪费的片较多