【計算機網絡】1.2 計算機網絡的結構與網絡邊緣

第一章第二節 計算機網絡結構與網絡邊緣

 在接下來的兩節中，咱們將介紹計算機網絡的部件，咱們從網絡邊緣向網絡核心推動，查看計算機網絡中的交換和選路。

Outline

• 網絡邊緣
• 接入網絡
• 家庭接入網絡：DSL、HFC、FTTH
• 企業接入網絡：以太網和WIFI
• 移動接入網絡：3G、4G
• 接入網絡的物理媒介
• 網絡核心
• Internet基本結構

 Notes

• 計算機網絡結構包括以下三個部分：
  • 網絡邊緣：包括主機、網絡應用等使用網絡爲人們服務的工具
  • 接入網絡：有線或無線通訊鏈路
  • 網絡核心：互聯的路由器（或分組轉發設備）

## 網絡邊緣 

• 定義：處在網絡邊緣的部分就是鏈接在因特網上全部的主機，主機上運行網絡應用程序
• 通訊方式的分類：在網絡邊緣的端系統中運行的程序之間的通訊方式一般可劃分爲：客戶端/服務器方式和對等方式 
  • 客戶端/服務端方式（C/S方式，Client/Server）：
    • 客戶和服務端都是指通訊中所涉及的兩個應用進程
    • 客戶是服務的請求方，服務端是服務的提供方；客戶發送請求，服務器接受響應；
    • 如：Web應用，文件傳輸FTP應用
  • 對等方式（P2P方法，Peer-2-Peer）
    
    • 定義：對等連接是指兩臺主機在通訊時並不區分哪個是服務請求方和提供方；他們可進行平等的、對等的連接通訊。
    • 特色：無（或不只依賴）專用服務器；通訊在對等實體之間直接進行；
    • 如：QQ，Skype

## 接入網絡

• 定義：接入網絡是將端系統鏈接到核心網絡的物理鏈路
• 三種分類：
  • 家庭接入：DSL、電纜、FTTH、撥號等
  • 企業接入：以太網(LAN)和WiFi
  • 廣域無線接入：3G/4G

【家庭接入網絡： DSL 、電纜、FTTH】

• DSL（數字用戶線）Digital Subscriber Line（獨佔式）
  • 採用多路複用技術，運用已有的電話線鏈接到中心局的DSLAM，將語音與數據分離：數據通訊經過DSL電話線接入Internet、語音經過DSL電話線接入電話網。   
  • 經過FDM（頻分多路技術）編譯成三段：0-4kHz（普通的雙向電話信道），4kHz-50kHz（中速上行信道），50kHz-1MHz（高速下行信道）
  •  通常爲ADSL結構：上行傳輸速率（上傳速率）<2.5Mbps、下行傳輸速率（下載速率）<24Mbps
  •  ADSL=Asymmetric Digital Subscriber Line（非對稱數字用戶線路）
  • DSLAM=Digital Subscriber Line Access Multiplexer（數字用戶線路接入複用器）

• 電纜因特網接入（HFC）：經常應用了光纖和同軸電纜，所以被稱爲混合同軸電纜
  • 各設備經過電纜網絡，光纖接入ISP路由器：各設備共享電纜頭端的接入網絡
  • 數據、電視信號在共享線纜分佈式網絡上利用不一樣頻率傳輸；
  • 如同DSL調製協調器，電纜調制解調器一般是一個外部設備，經過一個以太網端口鏈接到家庭PC。
  • 須要電纜調制解調器端接系統（CMTS）；
•  FTTH：一種承諾更高速的新興技術，光纖到戶
  • 主動光纖網絡(AON)：交換互聯網
  • 被動光纖網絡(PON)：每一個家庭有一個ONT(光纖網絡斷接收器)，由光纖鏈接到鄰近的splitter(光纖分配器)，分配器將一些家庭集結成一根共享的光纖，再鏈接到本地的中心局的OLT(光纖線路段接收器)；該OLT提供光信號和電信號之間的轉換，通過本地電話公司的路由器與因特網相連。

 

【企業(家庭)接入網絡：以太網和Wifi】

• 以太網是一種經常使用LAN(局域網)標準
• 以太網用戶使用雙絞銅線與一臺以太網交換機相連，以太網交換機或這樣的交換網絡與更大的因特網相連；
• 交換機的速度常爲100Mbps，服務器的接入速度可能有1Gbps至10Gbps

 

• WiFi是一種無線LAN接入技術

【移動接入網絡：Wifi和4G】

• 移動接入網絡是將移動端系統與網絡相連。分爲兩類
  • 無線局域網（wireless LAN）：無線用戶與位於幾十米半徑內的基站（無線接入點）之間傳輸/接收分組。這些基站和有線的因特網相鏈接，於是爲無線用戶提供鏈接到有線網絡的服務。
  • 廣域無線接入網（wide-area wireless access network）：分組經用於蜂窩電話的相同無線基礎設施進行發送，基站由電信提供商管理，爲數萬米半徑內的用戶提供無線接入服務。

 

【接入網絡的物理媒介】

• 已學的接入網絡地物理媒介
  • HFC使用了光纜和同軸電纜相結合的技術；
  • DSL和以太網使用了雙絞銅線；
  • 移動接入網絡使用了無線電頻譜。
• 物理媒體分爲兩類：
  • 導引型媒體（guided media）：電波沿着固體媒體（光纜，雙絞銅線或同軸電纜）被導引。
  • 非導引型媒體（unguided media）：電波在空氣或外層空間（在無線局域網或數字衛星頻道）中傳播；

• 導引型媒體（guided media）
  • 雙絞銅線：最便宜，使用最廣泛，兩根線被絞合起來，以減小對鄰近雙絞線的電氣干擾。一根電纜由許多雙絞線捆紮在一塊兒，並在外面覆蓋上保護性防禦層，一堆電線構成一個通訊鏈路。非屏蔽雙絞線UTP經常使用於建築物內的計算機網絡中，即用於局域網（LAN）中。雙絞線最終已經成爲高速LAN聯網的主要方式。
  • 同軸電纜：由兩個同心的銅導體和絕緣保護層組成，能做爲導引式共享媒體，具備高數據傳輸速率。
  • 光纜：不受電磁干擾，長達100km的光纜信號衰減極低，而且很難接頭。

• 非導引型媒體（unguided media）：電波在空氣或外層空間（在無線局域網或數字衛星頻道）中傳播；
  • 陸地無線電信道：具備穿透牆壁，提供與移動用戶的鏈接以及長距離承載信號的能力。
  • 衛星無線電信道：一顆通訊衛星鏈接兩個或多個位於地球的微波發射方/接收方，它們被稱爲地面站。衛星無線電信道分爲同步衛星和低地球軌道衛星。
    • 同步衛星永久的停留在地球上方相同的點，衛星鏈路經常使用於電話網或因特網的主幹。衛星鏈路在那些沒法使用DSL或基於電纜的因特網接入區域，也愈來愈多地用做高速住宅因特網接入。
    • 低地球軌道衛星 圍繞地球旋轉，彼此通訊，將來低地球軌道衛星技術也許能用於因特網接入。

## 網絡核心

• 網絡核心的定義
  • 網絡核心是由互聯網端系統的分組交換機和鏈路構成的網狀網絡
  • 網絡核心是指互聯的路由器網絡。
• 網絡核心的關鍵功能：路由和轉發
• 路由（rounting）：根據路由協議（利用路由算法）肯定分組從源到目的傳輸路徑
• 轉發（forwarding）：將分組從路由器的輸入端口交換至正確的端口輸出（將目的地址映射成輸出鏈路）

## Internet 基本結構

Internet是網絡的網絡，端系統經過access ISPs（接入ISP）鏈接到Internet；

接入ISP必須進一步連接，以保證任意兩個主機互相發送分組；

ISP互聯構成複雜的 網絡的網絡。

• 將接入ISP直接相互鏈接，則複雜度爲O(n²)，不適用於大型網絡
• 將接入ISP鏈接到一個國家/全球ISP上，但從商業的角度來看，會出現多個ISP相互競爭，大型ISP之間也必須互聯；
• 大ISP之間的鏈接方法：對等鏈路 或 IXP（互聯網交換結點）
• 區域ISP在 接入ISP 與 運營商ISP 之間
• 網絡內容提供商（Google等）可能運行其本身的網絡，就近爲端用戶提供內容和服務(Context provider network)；Google的私有網絡童話村那個繞過一級ISPs和區域ISPs

• 多宿：能夠與兩個或更多提供商ISP鏈接，任何ISP（除了第一層ISP）能夠選擇爲多宿。
• IXP：第三方公司建立因特網交換點。(Internet Exchange Point)