【计算机网络】计算机网络学习笔记(二)

计算机网络的结构

  • 网络边缘
    • 主机
    • 网络应用
  • 接入网络/物理介质
    • 有线或无线通信链路
  • 网络核心(核心网络)
    • 互联的路由器(或分组转发设备)
    • 网络之网络

网络边缘

主机(端系统)

  • 位于网络边缘
  • 运行网络应用
    • 如Web,Email

客户/服务器(client/server)应用模型(C/S模型)

  • 客户发送请求,接收服务器响应

  • 如Web应用,文件传输FTP应用

  • 这种软件服务端软件需要运行于服务器计算机上,而客户端运行客户端软件,主动与服务器进行通信

  • 所有的通信都是客户与服务器之间的

对等(pear-pear)应用模型(P2P模型)

  • 通信双方间没有绝对的客户/服务器这种区分
  • 无(或不仅仅依赖)专用服务器
  • 通信在对等的实体之间直接进行
  • 如:Gnutella、BT、QQ、Skype

接入网络

接入网络,就是要解决将网络边缘接入核心网(边缘路由器)的问题

接入网络可以大概分为下面这几类

  • 住宅(家庭)接入网络
  • 机构(学校、公司)接入网络
  • 移动接入网络

不论用户选择怎样的接入网络,最关心的问题都是下面的几个:

  • 带宽(bandwidth)(bps)?
  • 接入方式共享/独占?

下面是比较具有代表性的接入网络

数字用户线路(DSL)

我们平时听到的比较多的DSL的可能是ADSL(非对称式数字用户电路)

DSL利用的是家庭已有的电话线。通过电话线实现数据和声音的同时传输。这个技术采用了一种多路复用技术(多路信号共同使用一个物理介质进行传输)。我们通过一个DSL多路复用器(DSLAM),将通话信号和数据信号进行分离。家庭这边会安装DSL解调器(MODEM),实现声音与数据信号的分离。

“DSL”的图片搜索结果

DSL接入的最大特点就是利用已有的电话线连接中心局的DSLAM

  • 数据通信通过DSL电话线接入Internet
  • 语音(电话)通过DSL电话线接入电话网

ADSL的特点就是上行速度与下行速度不对称

  • <2.5Mbps上行传输速率(典型速率<1Mbps)
  • <24Mbps下行传输速率(典型速率<10Mbps)
  • 频分多路复用技术(FDM):将信号调制到不同频带上,用不同频带的载波进行传输
    • 50kHz-1MHz用于上行
    • 4kHz-50kHZ用于下行
    • 0kHz-4kHz用于传统电话

DSL的接入是独占的

电缆网络(CMTS)

CMTS的意思是Cable Modem Terminal Systems(电缆调制解调器端接系统),它使用的是有线电视网络。

CMTS使用的是典型的频分多路复用技术(在不同频带(载波)上传输不同频道)

这种方式也称之为HFC(hybrid fiber coax),也就是混合光纤同轴电缆的意思。

这种接入方式也是非对称的,上行下行的速度是不同的

  • 下行高达30Mbps传输速率
  • 上行为2Mbps传输速率

注意,HFC的接入是一种共享式的接入,不是独占的

各家庭(设备)通过电缆网络->光纤接入ISP路由器。各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

典型的家庭网络的接入

下图是典型的家庭网络的接入形式

机构(企业)接入网络(Ethernet)

下图则是机构/企业接入网络的例子,它们使用的是有线局域网的技术。

目前有线局域网技术最典型的就是使用Ethernet,也就是我们常说的以太网。

  • 主要用于公司、高校、企业等机构
  • 典型的传输速率 10Mbps、100Mbps、1Gbps、10Gbps
  • 目前,端系统通常直接连接以太网交换机

无线接入网络

近几年还有一种非常盛行的接入网络的方式,也就是无线接入网络。

它通过共享的无线接入网络连接端系统与路由器

  • 通过基站(base station)或称为接入点(access point)

无线局域网(LANs)

现在的无线接入网络有两类,一类是无线局域网(LANs),比如我们最常见的WIFI

  • 同一建筑物内(30m)
  • 802.11 b/g (WIFI):11Mbps、54Mbps传输速率
广域无线接入

可以实现最大范围的接入,最具有代表性的就是利用移动网络实现的接入,如3G 4G网络。是我们现在移动互联网的一个重要的基础。

  • 通过电信运营商(蜂窝网),接入范围在几十公里
  • 带宽 1Mbps、10Mbps、100Mbps
  • 3G、4G、LTE
  • 移动互联网

网络核心

互联网的网络核心看似很简单,其实就是一些路由器互联构成的网络,甚至是网络与网络互联构成的网络的网络。

网络核心的关键功能:路由+转发

以Internet网络为例,网络核心会收到数据包/数据分组。数据分组里就像一封信件,会有一些地址信息。网络核心会根据地址信息将它送至下一个节点去。这个过程中就涉及到了两个过程,也就是路由与转发

路由

——确定分组从源到目的传输路径

路由的过程就是通过路由算法计算,得到一个本地转发表。之后根据本地转发表(路由表),来获取分组的正确输出链路。

转发

——将分组从路由器的输入端口交换至正确的输出端口

网络核心解决的基本问题

Q:如何实现数据从源主机通过网络核心送达目的主机?

A:数据交换

Internet结构

Internet就是一个网络的网络。是由很多网络互联之后构成的一个全球性的巨大的互联网服务。

Internet是由边缘的网络端系统通过接入ISP(access ISPs)最终连接到Internet

接入ISP可能是家庭、公司和大学ISPs

接入ISP需要进一步互联,这样两个主机才可以互相发送分组。

在全球范围内,有很多ISP网络连接了端系统,它们互联在一起就构成了复杂的网络互联的网络。

最终网络发展的规模取决于经济和政策因素。

当前Internet的网络结构没有办法准确的描述出来,因为动态性太强了。只能给出大致的结构

数以百万计的ISP如何互联的呢?

我们这些数以百万的ISP需要连接在一起,才可以相互通信。

那么如何使得这些ISP互相连接呢?

如果我们采用直接互联,线路会太过复杂,不适于大规模的网络。

因此可以采用下面图中这种方法,让这些接入网络都连入几个大的ISP。

由于要传输数据,这些大的ISP又必须连接在一起

我们有两种方式

第一种方式是采用对等链路(peer link)的方式将它们连接在一起

第二种方式我们可以采用IXP(Internet exchange point)互联网交换节点,来进行连接。实际上IXP本身就是一个高速的网络。通过它实现这些大的ISP的互联

区域网络

在互联网发展过程中,我们可能还会出现另外的一种网络——区域网络(regional net)。这些区域ISP连接就近的接入网络,然后再连接更大的ISP最后接入全球ISP。

网络内容提供商

最近几年还出现了一种新的方式,出现了一种网络内容提供商(Content provider network),它们在互联网上构建一些自己的网络,并且保证这些网络能就近为端系统提供一些内容。

大致结构

下面就是目前互联互联网的结构,最上层的是一些一级(全球ISP)。下面可能有更细分的一些ISP,最后连接到端系统。

这样就构成了我们目前Internet的结构

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一名热爱代码的 Android 开发者

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