计算机网络（概述上）

计算机网络概述（上）

这一周开始，每天会学习计算机网络，每周日会写一次学习心得，希望能和大家一起学习，有建议或问题随便提~~

计算机网络是什么？

定义：计算机网络就是互连的，自治的计算机集合。

互连——互联互通（通过通信链路，比如光纤）。

自治——无主从关系，各个部分都是平等的。

在我看来，计算机网络其实是通信技术与计算机技术紧密结合的产物，是一种通信网络，而其中的信源就是计算机，在这个环境下各个主机进行平等连接，互相进行传递请求，数据等。

这就引来了一个不可避免的问题：

世界上有数量极其庞大的计算机数量，并且相隔距离远，如何能保证互相连接？

数量那么大，如果单一通过通信链路进行相互链接的话，会出现复杂度N的问题，同时考虑到经济，社会的可行性，也不能使用通信链路。

其实，计算机网络是通过交换网络互连主机的。每个主机通过连接交换网络（交换节点互连构成的网络）中的交换节点（路由器或者交换机），进行主机间的互连。

交换网络实现了数据分组交换：转发（路由器），分组（数据包）

什么是Internet？

从组成方面看：

它是全球最大的互联网络，通过ISP（Internet Service Provider 网络互连的“网络之网络”），具有数以百万计的互连的计算设备集合：主机（端系统）

从服务角度看：

它为网络应用提供通信服务的通信基础设施

为网络应用提供应用编程接口（API），支持了应用程序连接Internet，发送/接收数据。

在网络中仅有硬件不能顺畅运行，还需要网络协议。

网络协议是为进行网络中的数据交换而建立的规则。

协议规定了通信实体间所交换的信息的格式，意义，顺序以及针对收到信息或发生的时间所采取的“动作”。

协议的三要素：

语法（格式）：数据与控制信息的结构或格式。

语义：需要发出何种控制信息。

时序：事件顺序，速度匹配

协议规范了网络中的所有信息发送和接收过程。（协议是以RFC文档存在的，如果要详细学习某一协议，需要去查看RFC文档）

计算机网络结构

分为三大部分：

网络边缘：主机。

接入网络，物理介质：有线或无线通信链路。

网络核心：互联的路由器（分组转发设备)

网络边缘

主机位于”网络边缘“，运行网络应用程序。

两种应用模型：

客户服务器应用模型：

客户发送请求，接收服务器响应，常见的应用（web应用，文件传输FTP应用）

对等应用模型：

无或不仅依赖专用服务器，通信在对等实体之间直接进行，常见的应用（BT，QQ）

如何将网络边缘接入核心网（边缘路由器）

通过接入网络，在这里，用户关心的是：带宽（区别于通信网络的带宽HZ）这里是数据速率（bps），链路是共享还是独占（决定了传输速度）？

接入网络

数字用户线路（DSL）（独占）古老的拨号上网~~

利用已有的电话线连接中心局的DSLAM（多路复用器）

数据通信通过DSL电话线接入Internet

语音通过DSL电话线接入电话网

ADSL：非对称数字用户线路（上行传输速率与下行传输速率不同）

上行差不多<2.5mbps

下行差不多<24mbps

它使用频分多路复用技术

FDM>50khz-1mhz用于下行

FDM：4khz-50khz用于上行

FDM：0-4khz用于传统电话

电缆网络（共享）cable modle 调制解调器

频分多路复用是在不同频道（载波）上传输不同频道。

HFC：混合光纤网轴电缆

非对称：下行高达30mbps，上行为2mps。

各个设备通过电缆网络->光纤接入ISP路由器

各个家庭共享家庭至电缆头端的接入网络。

不同于DSL的独占至中心局的接入，因此，虽然他的理论值高，但不一定比DSL快。

机构接入网络（Ethernet以太网）

主要用于公司，高校，企业等组织机构

目前，端系统通常直接连接以太网交换机（switch）

无线接入网络

通过共享的无线接入网络连接端系统与路由器

通过基站或称为接入点

无线局域网（LANS）：802.11 wifi

广域无线接入：通过电信运营商

网络核心

解决基本问题是如何实现从源主机通过网络核心送达目的主机？

通过数据交换

它是一个互联的路由器网络

网络的核心的关键功能：路由+转发

需要使用路由算法->本地转发表（到达分组的目的地址）

路由：

确定分组从源到目的传输路径

转发：

将分组从路由器的输入端口交换至正确的输出端口

Internet结构

端系统通过接入ISP（access ISPS）连接到Internet

接入ISP必须进一步互联，这样两主机才可以互相发送分组

直到现在无人能给出精确描述当前Internet结构，因为动态性太强，一直有主机登出或登入。

数以百万计的接入ISP如何互联在一起？

可选方案：

直接互联（不适用大规模网络），但有O(N方）连接问题

将每个接入ISP连接到一个国家或全球ISP，但在商业角度不现实，有竞争者，这些ISP必须互连，以对等链路（光纤，IXP（Internet高速网络））

通过局域网络连接接入ISP和运营商ISP

有些内容提供商网络（google，Microsoft），可能运行自己的网络，并就近为端用户提供服务，内容。

为什么需要数据交换？

因为（经济，技术）问题

主机与交换网络连接

交换其实是动态转接的意思，动态分配传输资源。

数据交换的类型：

电路交换（代表：电话网络）独占资源

分为三个阶段：

先拨号，请求链路（建立连接）

通信

释放连接

电路交换网络中通过多路复用共享中继线。

多路复用是通信技术中的基本概念，实质是共用一个信道传输（复用，分用）

将链路/网络资源（如带宽）划分为”资源片“将资源片分配给各路”呼叫“

每路呼叫独占匹配到的资源片进行通信，因此，资源片可能”闲置“

典型多路复用方法：

频分多路复用（FDM）代表：有线电视

信道资源按频率划分为子信道

各用户占用不同的带宽资源（频率带宽HZ）

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始自终都占用这个频带。

时分多路复用（TDM）

将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM桢）

每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙。

每个用户所占用的时隙是周期性出现的（周期：TDM帧长度）

所有用户在不同时间占用相同的频带宽度。

波分多路复用（WDM）

光的频分多路复用！！！

码分多路复用（CDM）

每个用户分配一个唯一的mbit码片序列，期中“0”用“-1”表示，“1”用“+1”表示。

各用户使用相同频率载波，利用各自码片序列编码数据

编码信号=(原始数据）*（码片序列）

发送1（+1）,则发送自己的m bit码片序列

发送0（-1），则发送码片序列的反码。

各用户码片序列必须相互正交（保证共享信道，互不干扰）

解码通过码片序列与编码信号的内积

报文交换（电报通讯）

报文：源（应用）发送的整体

分组交换

分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包（加头部信息，内含控制信息）

分组交换需要报文的拆分与重组，会产生额外开销（虽然不会很严重）

分组交换使用统计多路复用

分组序列不确定，按需共享链路

报文交换与分组交换均采用存储–转发交换方式

报文交换和分组交换哪种更好？

通过传输延迟（时延 ）来衡量，大多数情况下分组交换更优。

分组交换VS电路交换

电路交换支持的用户数较少，独占资源

分组交换支持的用户数更多同时使用网络，充分利
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用了资源

分组交换的不足之处：

更适用于突发（随机性）数据传输网络，资源共享率高，简单无需呼叫建立。

可能产生拥塞：分组延迟和丢失，需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制。

如何提供电路级性能保障（音/视频）