计算机网络自顶向下学习笔记（计算机网络和因特网一）

1.1什么是因特网

从两方面描述因特网：a.基本硬件和软件的具体构成；b.基础设施为分布式应用程序提供的服务。

a.基本硬件和软件的具体构成

与因特网相连的个人数字助手（PDA）、TV、移动计算机、蜂窝电话、Web相机、汽车、环境传感设备、数字相框、家用电器和安全系统称作主机/端系统。

端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起。

通信链路的物理媒体包括电缆、铜线、光纤、无线电频谱，不同链路以不同速率传输数据，链路传输速率以bps度量。一台端系统有数据向另一台端系统发送时，发送端系统将数据分段，并为每段加上首部字节，由此形成的信息包成为分组。

分组交换机常见的两种是路由器和链路层交换机。

一个分组所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。

端系统通过因特网服务提供商（Internet Service Provider, ISP）接入因特网。

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，以及在报文传输和/或接收或其他事件方面所采取的动作。

TCP(Transmission Control Protocol) 和IP(Internet Protocol)是因特网中两个最为重要的协议。因特网主要的协议统称为TCP/IP。

公共因特网是全球性“网络的网络”，被特指为因特网；许多公司、政府的网络内，主机不能与其网络外的主机交换信息，除非通过防火墙，这些专用网络为内联网。

b.基础设施为分布式应用程序提供的服务

分布式应用程序，涉及多台相互交换数据的端系统，如电子邮件、即时讯息、IP上的话音、因特网广播、流式视频等都是分布式应用程序。

应用程序编程接口（Application Programming Interface, API）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端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。

因特网向它的应用程序提供了多种服务。

1.2网络边缘

主机/端系统因为位于因特网边缘，故被称为端系统，其可被进一步划分为客户机和服务器。客户机非正式地等同于桌面PC、移动PC等，服务器非正式地等同于更为强大的机器，用于存储和发布WEB页面、流视频及转发电子邮件等。

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。

接入网是将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。网络接入形式一般分为三种：a.住宅接入；b.公司接入；c.无线接入

a.住宅接入（将家庭端系统与网络相连）

1.     通过普通模拟电话线用拨号调制解调器与住宅ISP相连

l  将PC输出的数字信号转换为模拟形式，以便在模拟电话线上传输（模拟电话线是双绞线，就是与大普通电话相同的电话线），在模拟电话线的另一端，ISP的调制解调器再将模拟信号转换回数字形式，作为ISP路由器的输入。

l  速率：56kbps

l  缺点：速度慢；上网的时候不能打电话

2.     数字用户线（digitalsubscriber line, DSL）

l  是一种新型调制解调器技术，也运行在双绞线电话线上。通过限制用户和ISP调制解调器之间的距离，能够以高得多的速率传输和接收数据。

l  DSL在家庭和ISP之间将通信链路分为3个不重叠的频段：

       高速下行信道，位于50kHz到1MHz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

3.     混合光纤同轴电缆（hybridfiber-coaxial cable,HFC）

使用了光缆和同轴电缆相结合的技术。HFC需要特殊的调制解调器，即电缆调制解调器，它是一种外部设备，通过一个以太网端口与家庭PC相连。分为上行信道和下行信道，下行信道速率较高。HFC的重要特征是共向广播媒体，用户多了速率低。

b.公司接入（将商业或教育机构中的端系统与网络相连）

以太网是当前公司网络中最为流行的接入技术，使用双绞铜线或同轴电缆，将一些端系统彼此连接起来，并于边缘路由器连接。边缘路由器负责为目的地不在本局域网的分组选路。

c.无线接入（将移动端系统与网络相连）

l  无线局域网：无线用户与位于几十米内的基站之间传输/接收分组。

l  广域无线接入网：分组经用于蜂窝电话的相同无线基础设施进行发送，基站为数万米内的用户提供无线接入服务。

物理媒体可分为两类：导引型媒体、非导引型媒体。

导引型媒体：电波沿着固体媒体（如光缆、双绞铜线或同轴电缆）被导引。

非导引型媒体：电波在空气或外层空间（如无线局域网或数字卫星频道）中传播。

a.双绞铜线

最便宜且使用最为普遍的导引型传输媒体。

双绞线由两根隔离的铜线组成，每根大约1mm粗，以规则的螺旋形式排列。两根线绞合起来是为了减少对临近双绞线的电气干扰。

许多双绞线捆扎在一起形成一根电缆，并在这些双绞线外面覆盖上保护性防护层。

目前局域网中的双绞线数据传输速率从10Mbps到1Gbps，所能达到的数据传输速率取决于线的厚度及传输方和接收方之间的距离。

b.同轴电缆

由两个铜导体组成，但这两个导体是同心的而不是并行的。

同轴电缆能被用作导引式共享媒体。

c.光缆

光缆是一种细而柔软的、能够导引光脉冲的媒体，其中每个脉冲表示一个比特。一根光纤能够支持极高的比特速率，高达数十甚至数百Gbps。不受电磁干扰，信号衰减极低，且很难接头，故适用于长途导引型传输媒体。

d.陆地无线电信道

无线电信道承载电磁频谱中的信号。具有穿透墙壁、提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的能力。其特性极大地依赖于路劲损耗、遮挡衰落、多径衰落（干扰对象的信号反射）、以及其他无线电信道或电磁信号的干扰。

e.卫星无线电信道

一颗通信卫星连接两个或多个位于地球的微波发射方/接收方，它们被成为地面站。卫星在一个频段上接收传输，使用一个转发器再生信号，并在另一个频率上传输信号。卫星能提供Gbps的带宽。通信中常使用两类卫星：同步卫星、低地球轨道卫星。