自顶向下（一）——计算机网络与英特网

一、什么是英特网

1、具体构成描述

端系统

什么是端系统（主机）：手机，洗衣机等一切可以连入互联网的终端设备。端系统是通过 通信链路 和 分组交换机 联系在一起的

通信链路：

电缆、铜线、光纤等。不同的链路能够以不同的速率传输数据，单位是bit/s（bps）

分组：

一台端系统向另一台端系统发送数据时，数据需要分段并添加首部字节，由此形成信息包，称为分组。

分组交换机：

入通信链路 接收分组出通信链路 转发分组最常见的分组交换机包括：路由器 和 链路层交换机

一句话理解网络传输：分组相当于卡车，通信链路相当于高速公路，分组交换机相当于立交桥，端系统相当于建筑物。网络传输相当于货物运输。

ISP

• 英特网服务提供商（Internet Service Provider）。
• 端系统通过ISP接入因特网。
• 每个ISP都是网络，是由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络。
• 英特网就是将端系统彼此互联，因此，为端系统提供接入的ISP也必须互联
• 低层的IPS通过高层的ISP（国家、国际ISP）互联
• 高层的ISP是由高速路由器组成的，这些路由器通过高速光纤链路互联。
• 每个ISP都是独立管理的，运行着IP协议，遵从一定的命名和地址习惯。

协议

端系统、分组交换机和其他英特网部件都要运行一系列协议，这些协议控制英特网中信息的接收和发送。TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）和IP（Internet Protocol，网际协议）是因特网中最重要的两个协议。

IP协议
定义了发送和接收的分组格式

TCP/IP等协议都是标准化下的产物。

2、服务描述

什么是从服务描述的角度认识英特网：就是说，从为应用程序提供服务的基础设施的角度来认识英特网。具体说，英特网是应用程序的平台。

应用程序包括：电子邮件、web冲浪、社交网络、分布式游戏等等、

应用程序编程接口（API）：规定了一个端系统软件 通过请求英特网基础设施 向另一个端系统软件交付数据的方式。

3、什么是协议

比如说：你向别人问时间；举手回答问题… 这中间都有一系列约定俗成的语言或者动作，这些语言或动作构成了 协议 的核心。

协议

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

二、网络边缘

1、接入网

指将端系统连接到其边缘路由器的物理链路。

边缘路由器：是端系统到其他任何远程端系统的路径上的第一台路由器

下图显示使用接入网的几种环境

• 家庭接入

DSL接入：住户通过电话线从电话公司处获得DSL英特网接入，因此电话公司成为住户的ISP。住户的DSL调制解调器与电话公司的DSL（数字用户线）接入复用器（DSLAM）交换数据。通过频分复用技术，可以让电话呼叫和英特网连接共享DSL链路。数百上千用户可以与同一个DSLAM相连。

电缆接入：利用了有线电视公司的有线电视基础设施。电缆接入需要特殊的调制解调器——电缆调制解调器，与DSL调制解调器功能类似。电缆调制解调器与CMTS（电缆调制解调器端接系统）交换数据，CMTS类似与DSLAM。

光纤接入：从本地中心局直接到家庭提供了一条光纤路径。

• 企业接入

以太网和WIFI，现在也用作家庭接入了。

2、物理媒介

不同的网络接入，使用不同的物理媒介。

媒介名称 成本 特点 双绞铜线 最便宜 同轴电缆 一般 光纤 成本高 适合长途传输 陆地无线电信道 一般 卫星无线电信道 成本高 适合其他方式不适合的地方，例如南极、北极

三、网络核心

1、分组交换

存储转发

在交换机能够开始向输出链路 输出该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组。

从源端系统到目标端系统，如果传输L比特的分组，链路的传输速率是R，中间经过一次路由器，则所需要的时间是

2LR
N条链路呢（N-1条链路）

NLR

P个分组N条链路呢
(N+P−1)LR（自己算的）

排队时延和分组丢失

• 输出缓存

  对于每条相连的链路，分组交换机具有一个输出缓存。它用于存储路由器准备发往这条链路的分组

• 排队时延

  如果到达的分组需要传输到某条链路，但发现该链路正忙于传输其他分组，该到达分组必须在该输出缓存中等待，称为排队时延。

• 分组丢失（丢包）

  因为缓存空间的大小有限，一个到达的分组可能发现该缓存已经被其他等待传输的分组占满，到达的分组或已经排队的分组之一将被丢弃。称为丢包

下图展示了分组排队的情况

转发表和路由选择协议

转发表

每个端系统都具有一个称为IP地址的地址，当源向目标发送分组时，源在该分组首部包含目标的IP。当一个分组到达网络中的路由器时，路由器检查该分组首部目标IP的 一部分。每台路由器具有一个 转发表，用于将目标IP（或IP的一部分）映射称为输出链路。当某分组到达一台路由器时，路由器检查该分组目标IP，并利用该值搜索其转发表，以发现适当的出链路。路由器将该分组导向该出链路。

路由选择协议：一个路由选择协议可以决定从每台路由器到每个目的地的最短路径，并使用这些最短路径来配置路由器中的转发表。

2、电路交换