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第一章:計算機網路與因特網(1)


1.1

端系統通過通訊鏈路分組交換機連線到一起;

分組交換機從它的一條入通訊鏈路接收到達的分組,並從它的一條出通訊鏈路轉發該分組,目前市面上兩種著名的分組交換機包括路由器鏈路層交換機

鏈路層交換機通常用於接入網接入網是整個網路的邊緣部分,與使用者距離最近的一部分,通常也叫“最後一公里”),路由器通常用於網路核心中(也叫骨幹網,顧名思義就是網路的核心);

端系統通過因特網服務提供商(ISP)接入因特網,每個ISP是一個由一個或多個分組交換機和多段通訊鏈路組成的網路,每個ISP都是獨立管理的,但是ISP之間也是互聯的;

  端系統分組交換機其他因特網部件都要執行一系列的協議,這些協議控制因特網中資訊的接收與傳遞,TCP(傳輸控制協議)

IP(網際協議)是因特網中最為重要的兩個協議;

1.2

主機(host)=端系統(end system),進一步可分為客戶(client)和伺服器(server),客戶包括桌面PC、移動PC和智慧手機等,伺服器指更為強大的機器,用於儲存和釋出web頁面、流視訊、中繼電子郵件等,今天大部分伺服器都屬於大型資料中心,例如谷歌公司擁有30-50個數據中心;

接入網指將端系統連線到其邊緣路由器的物理鏈路邊緣路由器是端系統到任何其他遠端端系統的路勁上的第一臺路由器;

家庭接入數字使用者線(DSL)——通訊鏈路為電話線(雙絞銅線)DSL調變解調器(調變解調器俗稱“貓”)先將端系統資料(此時為資料訊號)裝換為統一傳輸的模擬訊號,傳輸時通過頻分多路複用技術

將端系統資料(此時為模擬訊號,中高頻)和電話訊號(低頻)分隔開;在使用者一側通過一個分頻器將到達家庭的網路資料(此時為模擬訊號)和電話訊號分開,並將網路資料轉發給DSL調變解調器轉換為數字訊號;在電話公司一側,中心局的DSLAM將端系統資料(此時為模擬訊號)和電話訊號分隔開,並將端系統資料送往因特網;DSL接入的上行速率通常低於下行速率,是不對稱的

 電纜——通訊鏈路為有線電視電纜(光纖+同軸電纜)電纜調變解調器類似DSL調變解調器,CMTS類似DSLAM,同樣電纜接入也是不對稱的,電纜接入的一個重要特徵就是共享廣播媒體,即上下行通道都是共享的,因此需要一個多路訪問協議來協調傳輸和避免碰撞;

光纖到戶(FTTH)——簡單的說就是從中心局到每個家庭設定一根光纖,通常做法是每根光纖實際由許多家庭共享,直到相對接近這些家庭的位置,該光纖才分成每戶一根光纖;這種模式的光纖分佈體系結構有兩種主動光纖網路(AON)被動光纖網路(PON);在PON分佈體系結構中,每戶具有一個光纖網路端接器(ONT),許多家庭再把ONT通過專門的光纖連線到鄰近的同一個分配器上,該分配器把這些家庭集結到一根共享的光纖,再連線到中心局的光纖線路端接器(OLT),最後通過中心局的路由器和因特網相連;在家庭中,使用者通過一臺家庭路由器與ONT相連,並經過這臺家庭路由器接入因特網;ONT將電訊號轉為光訊號,OLT將光訊號轉為電訊號;

此外還有兩種接入網技術,衛星接入撥號接入,撥號接入和DSL接入基於相同的模式,但是速率極低,只有56kbps;

企業接入:企業、大學以及越來越多的家庭通常採用區域網(LAN)接入因特網,最流行的區域網技術包括乙太網WiFi

乙太網——在有線LAN環境中,乙太網使用者通過雙絞線和一臺乙太網交換機相連,改交換機再通過機構路由器和因特網連線,使用乙太網接入,客戶的速率可以達到100Mbps,伺服器可以達到1Gbps甚至10Gbps;

WiFi——在無線LAN環境中,無線使用者通過一個接入點接收/傳送分組,該接入點再與企業網連線(通常是有線乙太網),WiFi基於IEEE 802.11技術;

廣域無線接入:3G、4G、LTE


由於因特網是由數以億計的使用者構成的,因此接入ISP本身必須互聯,建立“網路的網路”。
上圖大概是2012年的網路。由十多個第一層ISP和數十萬個較低層ISP組成。較低層的ISP與較高層的ISP相連,較高層ISP彼此相連。使用者和內容提供商是較低層ISP的客戶,較低層ISP是較高層ISP的客戶。主要的內容提供商也已經創立了自己的網路,直接在可能的地方與較低層ISP互聯。

  1. 第一層ISP (tier-1 ISP)
    提供全球承載的功能,大約有十幾個第一層全球ISP,如AT&T、NTT、Sprint等。
  2. 區域ISP (regional ISP)
    在給定的區域,可能存在一個區域ISP,區域內的接入ISP與之相連,每個接入ISP向區域ISP付費。
  3. 接入ISP
    與端系統直接相連的ISP
  4. 多宿 (multi-home)
    任何ISP(除了第一層ISP),都可以與兩個或更多提供商ISP相連。這樣子,在提供商之一出現故障時,仍然可以正常傳送和接收分組。一個接入ISP可以選擇
    1. 和同一區域內兩個不同區域ISP相連
    2. 和兩個不同區域中的區域ISP相連
    3. 和多個第一層ISP相連
    4. 同時和第一層ISP和區域ISP相連
  5. 對等 (Peer)
    位於相同等級結構層次的一對ISP,直接把它們的網路連在一起,不進行結算,可以減少向上一級ISP提供商付出的費用。
  6. 因特網交換點 (Internet Exchange Point, IXP)
    通常在一個有自己的交換機的獨立建築物中。IXP是一個匯合點,多個ISP在此共同對等。
  7. 內容提供商網路 (content provider network)
    谷歌是CDN一個突出的例子。谷歌的資料中心通過專用的TCP/IP網路互聯,改網路跨越全球,但獨立於公共因特網。谷歌專用網路僅承載出入谷歌伺服器主機的流量,並且可以直接和較低層ISP相連。
    通過建立自己的網路,CDN不僅減少了向頂層ISP支付的費用,而且對其服務最終如何交付給端使用者有了更多的控制。

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