第1章 计算机网络和因特网

本章流程图

1.1 什么是因特网

回答这个问题：

1. 我们更够描述因特网的具体构成（nuts and bolts），即构成因特网的基本硬件和软件组件。
2. 我们能够根据为分布式应用提供服务的联网基础设施来描述因特网。

1.1.1 具体构成描述

端系统通过通信链路（communication link）和分组交换机（packet switch）的网络连接在一起。

链路的传输速度（transmission rate）以比特/秒（bit/s，或 bps）度量。当端系统间传输数据时，发送端系统将数据分段，并加上首部字节。由此形成的信息包称作分组（packet）。

分组交换机常见的是路由器（router）和链路层交换机（link-layer switch）。两种交换机都要向最终目的地转发分组。链路层交换机通常用于接入网，路由器通常用于网络核心中。从发送端系统到接收端系统，一个分组所经过的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径（route 或path）。

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

端系统、分组交换机和其他因特网部件都要运行多个协议（protocol），这些协议控制因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，因特网协议）是因特网中最重要的两个协议。IP 协议定义了在路由器和端系统之间发送和接受的分组格式。因特网的主要协议统称为ICP/IP。

因特网标准（Internet standard）由因特网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF）研发。IETF 的标准说明文档称为请求评论（Request For Comment，RFC）。

1.1.2 服务描述

某些应用涉及多个相互交换数据的端系统，称为分布式应用（distributed application）。

与因特网相连的端系统提供了一个套接字接口（socket interface），该接口规定了运行在一个端系统上的程序请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地程序交付数据的方式。套接字接口是一套发送程序必须遵循的规则集合，因此因特网能够将数据交付给目的地。

1.1.3 什么是协议

协议：定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及报文的发送/接收或其他事件所采取的操作。网络协议类似于人类协议，只是交换报文和采取操作的实体是某些设备的硬件或软件组件。

1.2 网络边缘

1.2.1 接入网

接入网指的是将端系统物理连接到其边缘路由器（edge router）的网络。

1. 宽带住宅接入类型：

• 数字用户线（Digital Subscriber Line，DSL）
  • 其同时承载数据和传统的电话信号，采用不同的频率进行编码。高速下行信道（50kHz~1MHz 频段）；中速上行信道（4kHz~50kHz 频段）；普通双向电话信道（0~4kHz 频段）。使得单根 DSL 线路看起来有 3 根独立线路。
  • DSL 利用电话公司现有的本地基础设施，而电缆因特网接入（cable Internet access）利用有线电视公司现有的有线电视基础设施。
• 电缆
  • 电缆因特网接入的一个重要特征是共享广播媒体。需要一个分布式访问协议来协调传输和避免碰撞。
• 光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）
  • 由本地中心局分出光纤对许多家庭共享的光纤分布体系结构
    • 有源光纤网络（Active Optical Network，AON）。本质上交换以太网。
    • 婺源光纤网络（Passive Optical Network，PON）。
• 5G 固定式无线
  • 使用波束成形技术，数据以无线方式从供应商的基站发送到家中的调制解调器。

2. 企业（家庭）接入

• 以太网
  • 使用双绞线与以太网交换机相连。
• WiFi

3. 广域无线接入：

• 3G
• LTE 4G
• 5G

1.2.2 物理媒介

物理媒介（physical medium）类型

• 导引型媒介（guided media），电波沿着固定媒介前进。
  • 双绞铜线

    双绞线由两根绝缘的铜线组成，以规则的螺线状排列着，以减少临近类似的双绞线的电气干扰。同时在外表覆盖上保护性防护层。无屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）常用于建筑物内的计算机网络中，传输速率取决于导线线径和接收方之间的距离。

  • 同轴电缆

    由两根同心的铜导体组成。能被用作导引型共享媒介（shard medium）。

  • 光纤

• 非导引型媒介（unguided media），电波在空气或外层空间中传播。

补充

物理链路的实际成本与其他网络成本相比通常相当小，但是劳动力成本要比材料成本高出几个数量级。