《计算机网络:自顶向下方法》第一章 读书笔记

CodeingBoy 10月 30, 2016


第一章:计算机网络和因特网

1. 从设备角度看因特网

  • 随着越来越多的设备(不一定是计算机,比如智能家电或摄像头)连接到因特网,现在的因特网,将因特网称为计算机网络已经过时了
  • 接入因特网的设备称为“主机”(host)或“端系统”(end system)
  • 端系统之间通过通信链路和分组交换机(如路由器或链路层交换机)链接在一起
  • 分组交换机有很多种,常见的为路由器(三层)和链路层交换器(二层,也有三层的)
  • 传输速率以bps(bits per second,比特/秒)度量、
  • 传输的数据经过分段就成为了分组
  • 分组在传输过程中经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径
  • 端系统通过ISP(Internet Service Provider,因特网服务提供商)接入因特网,比如,中国电信就是ISP,大学里面提供接入服务的也能叫ISP
  • 因特网部件(如端系统、分组交换机)都需要通过协议协同工作
  • 因特网中最重要的协议是TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)/IP(Internet Protocol,网际协议),另外还有UDP(User Diagram Protocol,用户数据报协议)协议
  • 因特网的标准由IETF(Internet Enginerring Task Force,因特网工程任务组)研发,标准文档称为RFC(Request For Comment,请求评论)

2. 以平台角度看因特网

  • 如果将因特网作为一个平台来看待的话,以因特网为平台开发的程序被称为分布式应用程序,它们都运行在端系统上(虽然有的是客户机,有的是服务器),而不是运行在分组交换机等因特网核心设备上
  • 从上面的角度来看,因特网(实际上是操作系统)提供了一组API供分布式应用程序利用,以通过因特网交换数据

3. 协议

  • 协议规定了在两个设备(无论是端系统还是分组交换机)之间交换的数据的格式
  • 准确的定义: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
  • 协议的关键组成部分是特定的报文格式以及接受到特定报文时所采取的动作

4. 网络边缘

  • 端系统可以数据的收发分为两类,客户和服务器,客户(一般是PC、智能手机等)运行各种分布式应用程序并从服务器接收信息,服务器(一般是性能强大的主机或数据中心)接收来自客户的报文并从存储的资源返回相应的信息给客户
  • 接入网代表将端系统连接到器边缘路由器(即端系统到其它端系统的路径上的第一台路由器)的物理链路
  • 接入网有多种,例如DSL、同轴电缆、FTTH、拨号、卫星、以太网、WiFi、3G/LTE、

DSL

  • 全称:Digital Subscriber Line,数字用户线‘’
  • 一般用于:家庭接入
  • 介质:现有的电话线(即双绞铜线)
  • 原理:用户通过DSL调制解调器,将数字数据转换为高频音通过电话线进行传输(此时数字信号被转为模拟信号),到达ISP后通过DSLAM(数字用户线接入复用器)解析(此时转为数字信号)并交换数据
  • 复用手段:频分复用
  • 频率分配:0~4kHz为电话;4~50kHz为上行数据(中速);50kHz~1MHz为下行数据(高速)
  • 通过频分复用,一根电话线看上去就有三个独立的线路在工作
  • 特点:上下传不对等
  • 距离适用范围:距离电话中心局的5~10km内
  • 常见接入结构:用户 <– 电话线 –> ISP

电缆因特网接入

  • 全称:cable internet access
  • 一般用于:家庭接入
  • 介质:有线电视公司现有的有线电视基础设备(即机顶盒和同轴电缆)
  • 原理:用户数据通过电缆调制解调器将数字信号转换为模拟信号,通过同轴电缆到达ISP后,使用功能类似于DSLAM的CMTS(Cable Modem Termination System,电缆调制解调器端接系统)转换为数字信号并交换数据
  • 特点:共享媒体,共享线路速率,但上下传不对等
  • 常见接入结构:用户 <– 同轴电缆 –>ISP、(混合光纤同轴)用户 <– 同轴电缆 –> 光纤节点 <– 光纤 –> ISP

光纤到户

  • 全称:Fiber To The Home
  • 一般用于:家庭接入
  • 分为AON(Active Optical Network,主动光纤网络)和PON(Passive Optical Network,被动光纤网络)两种,AON主要用于交换因特网,下面主要讨论PON
  • 介质:光纤
  • 原理:用户数据通过ONT(Optical Network Terminator,光纤网络端接器)将电信号转为光信号并通过光纤传输,到达ISP后再通过OLT(Optical Line Terminator,光纤线路端接器)转换为电信号并交换数据
  • 但一般而言,用户的光纤不会直接连接到ISP,而是先连接到附近的分配器(splitter),再通过一条共享的光纤到达ISP
  • 特点:速度快
  • 常见接入结构:用户 <– 光纤 –> (分配器 <– 光纤 –>)ISP

拨号

  • 介质:电话线(即双绞铜线)
  • 一般用于:家庭接入
  • 原理:用户数据经过调制解调器通过电话线传输到ISP,与DSL原理基本相同
  • 特点:速度慢

卫星

  • 介质:电磁波
  • 一般用于:家庭接入或外出接入
  • 原理:通过建立用户到卫星以及卫星到ISP之间的通信链路而交换数据】
  • 特点:速度慢,但不受距离限制

以太网

  • 介质:双绞铜线
  • 一般用于:企业接入
  • 原理:个体用户的数据通过局域网传输到以太网交换机,再由接入因特网的以太网交换机进入因特网
  • 常见接入结构:用户 <– 双绞铜线 –> 以太网交换机 <–> 因特网

WiFi

  • 介质:电磁波
  • 一般用于:企业或家庭接入
  • 原理:用户数据通过电磁波传到配对的基站,再由这个基站进入局域网或因特网
  • 常见接入结构:用户 <– 电磁波 –> 基站 <–> 局域网或因特网
  • 距离适用范围:基站几十米内

3G/LTE

  • 介质:电磁波
  • 一般用于:广域无线网接入
  • 原理:用户数据通过电磁波到达蜂窝网提供商的基站,再从该基站接入互联网
  • 原理与WiFi类似,但是距离适用范围不同
  • 距离适用范围:基站数万米内(实际情况略有不同)

物理媒体

  • 从一个端系统到另一个端系统之间的链路可以被分成多个“传输器-接收器”对
  • 每对“传输器-接收器”都需要跨越一种物理媒体来传输数据
  • 物理媒体分为两类:导引型媒体(guided media)和非导引型媒体(unguided media)
  • 导引型媒体中的电波沿着固体媒体前行,光纤、双绞铜线、同轴电缆都是导引型媒体
  • 非导引型媒体中的电波在空气或外层空间中传播,无线局域网、数字卫星频道都是非导引型媒体
  • 非导引型媒体的电波可能被不希望的用户拦截

双绞铜线

  • 由两根隔离的铜线组成,它们被绞合起来以减少电气干扰
  • 无屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair,UTP)常用于建筑物内的计算机网络(局域网)中
  • 速率取决于线的粗细和接收方之间的距离

同轴电缆

  • 由两个同心的铜导体组成,并在之间有特殊的绝缘体和保护层
  • 一般被用作电缆电视系统,也可以被用作导引型共享媒体(即,每个与之相连的端系统都能接受到来自其它端系统的数据)

光纤

  • 由可以导引光脉冲的光纤组成
  • 每个光脉冲表示一个bit
  • 衰减极低、不受电磁干扰,且很难被窃听,因而一般被用作长途引导性传输媒体

陆地无线电信道

  • 由无线电信道承载电磁频谱中的信号
  • 无需安装物理线路,且可以穿透墙壁,并提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的能力
  • 其特性依赖于传播环境和传输信号的距离
  • 传播环境取决于路径损耗和遮挡衰落(跨距离传播或跨过/绕过物体所引起的信号强度降低)、多径衰落(由于干扰对象的信号反射)、干扰(由于其它无线电信道或电磁信号)
  • 根据距离大致划分为三类:一类运行在很短距离(1~2m);二类运行在局域(数十到数百米);三类运行在广域(数万米)

卫星无线电信道

  • 一颗卫星在一个频段上连接两个或多个位于地球的微波发射方/接收方(被称为地面站),并使用转发器再生信号
  • 同步卫星相对于地球静止,但是距离地面36000km的距离也引入了可观的时延
  • 近地卫星相对于地球运动,但是为了保持对一个区域的信号覆盖,需要引入多颗卫星

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  1. 高云鹏说道:

    写的挺好,希望补充时延和协议层次的部分

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