计算机网络和因特网

本章内容

  • 构成网络的基本硬件和软件组件
  • 网络运行中的端系统和网络应用
  • 查看传输数据的链路和交换机
  • 将端系统和网络核心连接的接入网和物理媒体
  • 计算机网络中数据的时延,丢包和吞吐量
  • 计算机联网时的一些关键的体系结构上的原则

因特网

用因特网的术语来说,所有这些连接到因特网的设备都称为主机(host)或端系统(end system)

计算机网络和因特网_第1张图片
因特网的一些部件简单描述图

国家或全球ISP
ISP(Internet Service Provider),互联网服务提供商,即向广大用户综合提供互联网接入业务、信息业务、和增值业务的电信运营商。

端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起,之后会介绍到更多的通信链路,它们由不同类型的物理媒体组成。这些物理媒体包括同轴电缆、铜线、光纤和无限电频谱,不同的链路能够以不同的速率传输数据,链路的传输速率以比特/秒度量(bit/s, 或bps)。当一台端系统要向另一台端系统发送数据时,发送端系统将数据分段,并为每段加上首部字节。由此形成的信息包用计算机网络的术语来说称为分组(packet)。这些分组通过网络发送到目的端系统,在那里被装配成原始数据

分组交换机从它的一条入通信链路接收到达的分组,并从它的一条出通信链路转发该分组,在当今互联网中,最著名的就是路由器和链路层交换机,这两种类型的交换机朝着最终目的地进行转发分组,链路层交换机通常接于入网而路由器通常用于网络核心中。从发送端系统到接收端系统,一个分组经理的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径

在传输数据的时候,通信链路就像是道路,分组交换机就相当于是公路,立交桥或者铁路这种道路,就像车辆回旋曲运输网络的一条路径前行一样,分组则会选取计算机网络的一条路径前行

端系统通过因特网服务提供商接入因特网,每个ISP是一个由多个分组交换机和多段通信链路组成组成的网络

端系统、分组交换机和其他因特网部件都要运行一系列协议(protocol),这些协议控制因特网中信息的接收和发送。TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)IP(Internet Protocol, 网际协议) 是因特网中两个最为重要的协议。IP协议定义了在路由器和端系统之间发送和接收的分组格式。因特网的主要协议统称为TCP/IP。

服务描述

运行在一个端系统上的应用程序怎样才能指令因特网向运行在另一个端系统上的软件发送数据呢? 与因特网相连的端系统提供了一个应用程序编程接口,该API规定了在规定了运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。因特网API是一套发送软件必须遵循的规则集合,因此因特网能够将数据交付给目的地

什么是协议

在因特网中,凡是涉及两个或多个远程通信实体的所有活动都受协议的制约

例如在两台物理上连接的计算机中,硬件实现的协议控制了在两块网络接口卡间的 "线上"的比特流;在端系统中,拥塞控制协议控制了在发送方和接收方之间传输的分组发送的速率

拥塞控制协议(TCP的拥塞控制机制)

  • 计算机网络中的带宽、交换节点中的缓存和处理机等,都是网络的资源,在某段时间内,若对网络中某一资源的需求超过了该资源所能提供的可用部分,网络的性能就要变坏,这种情况就叫做拥塞。

  • 所谓拥塞控制,就是防止过多的数据注入到网络中,从而使网络中的路由器或链路不致过载。要注意用拥塞控制与流量控制的区别,拥塞控制是一个全局性的过程,涉及到所有的额主机、路由器,以及与降低网

  • 拥塞控制的算法有:慢开始、拥塞避免、快重传、快恢复四种。

一个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,以及报文发送和/或接收一条报文或其他事件所采取的动作

网络边缘

端系统也称主机,因为它们容纳(即运行)应用程序等。之后会经常有主机=端系统的概念,,主机有时又被进一步划分为两类:客户(client)和服务器(Server)。

接入网

接入网(access network).这是指将端系统连接到其边缘路由器(edge router)的物理链路。边缘路由器是端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器

  • 家庭接入:DSL、电缆、FTTH、拨号和卫星

    宽带住宅接入有两种最流行的类型:数字用户线(DSL) 和电缆 ,住户通常从提供本地电话接入的本地电话公司处获取DSL因特网接入。因此当使用DSL的时候本地电话局也是它的一个ISP

    计算机网络和因特网_第2张图片
    DSL因特网接入

    每个用户的DSL调制解调器使用现有的电话线与位于本地电话公司的本地中心局中的数字用户线接入复用器(DSLAM)来交换数据。家庭DSL调制解调器得到数字数据之后将其转换为高音频,以通过电话线传输给本地中心局,来自许多家模拟信号在DSLAM处被转换回数字信号

    家庭电话线同时承载了数据和传统的电话信号,它们编码为不同的频率

    • 高速下行信道,位于50kHz到1MkHz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

    什么是传输数据的上行跟下行?

    上行就是上传数据时的带宽速率,下行就是下载数据时的带宽速率
    根据ADSL规范,ADSL上行速率远远小于下行速率。所以ADSL也叫不对称传输规范

    例如 8M、12M 宽带,不能直接理解成实际的最高下载速度,要用 8M、12M 去乘以1024,然后除以 8 ,才是实际理论最大下载速率。理论最大下载的意思是,ADSL是通过电话线传输数据的,电信到楼是光缆,不存在衰减,但是楼宇到室内是电话线,电话线受各种因素干扰,电磁、强电、线芯质地等等,不可能达到理论最大带宽,只能是无限接近。
    4M 电信,实际等于 512K下行速度,实际速度达到400K就是很优秀了。

    这种方式使得一根DSL线看起来像3根独立线路,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

    在用户一侧,一个分频器霸道大家庭的数据信号和电话信号分隔开,并将数据信号牌转发给DSL调制解调器,在本地电话公司一侧,在本地中心局中,DSLAM把数据和电话信号分隔开,并且将数据送往因特网中,这样一个地区的数百或者上千户家庭就连接上了同一个DSLAM

    • 当DSL利用本地电话公司现有的本地电话基础设施的时候,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。住宅从提供有线电视的公司获得了电缆因特网接入,这种结构通常也被称为混合光纤同轴(Hybird Fiber Coax, HFC)
    计算机网络和因特网_第3张图片
    混合光纤同轴接入网

    电缆因特网接入的一个重要特征是共享广播媒体,特别是由头端发送的每个分组向下行经每段链路到每个家庭;每个家庭发送的每个分组经上行信道向头端传输,因此,如果几个用户同时经下行信道下载一个视频文件,每个用户接收视频文件的实际速率将大大低于电缆总计的下行速率。

    另一方面,如果仅有很少的活跃用户在进行Web冲浪,则每个用户都可以以下行速率的全部速率来接收Web网页,因为用户们将很少在完全相同的时刻请求网页,因为上行信道也是共享的,需要一个分布式多路访问协议来协调传输和避免碰撞。

    • 光纤到户(Fiber To The Home, FTTH),FTTH概念很简单,从本地中心局直接到家庭提供了一条光纤路径

      • 直接光纤

        从本地中心局直接到每户设置一根光纤

      • 一般的

        从中心局出来的每一根光纤实际上由许多家庭共享,直到相对接近这些家庭的位置,该光纤才分成每户一根光纤。

      进行这种划分的有两种竞争性的光纤分布体系结构:主动光纤网络(Active Optical Net, AON) 和被动光纤网络(Passive Optical NetWork, PON)

    计算机网络和因特网_第4张图片
    FTTH因特网接入 PON
  • 以太网和WIFI

    尽管有许多不同类型的局域网技术,但是以太网到目前为止是当前公司、大学和家庭网络中最为流行的接入技术,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100Mbps速率接入以太网交换机,而服务器更可能具有1Gbps甚至10Gbps的接入速率

网络核心

你可能感兴趣的