計算機網絡和因特網
因特網的具體描述
因特網是一個世界范圍的計算機網絡,是一個互聯了全世界幾十億計算設備的網絡
因特網的組件
- 主機/端系統：所有運行了應用程序接入因特網的設備叫做端系統。如計算機、手機、服務器、能聯網的家用電器、能聯網的汽車。
- 通信鏈路和分組交換機：從同一個端系統到另一個端系統通過通信鏈路和分組交換機互聯在一起。通信鏈路由不同的物理媒介組成，如同軸電纜、銅線、光纖、無線電頻譜。分組交換機最典型的是路由器和鏈路層交換機。
- 因特網服務提供商（ISP）：端系統通過ISP接入因特網。ISP自身是由許多台分組交換機和許多段通信鏈路組成的。
- 協議：端系統，通信鏈路，分組交換機之間共同遵守的法則，控制着數據的接受與發送。
因特網的構成
因特網由網絡邊緣與網絡核心組成。
網絡邊緣
端系統與邊緣路由器統稱為網絡邊緣，位於網絡邊緣的端系統通過接入網靠物理媒介連接到網絡核心。
接入網
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家庭接入
- DSL：家庭住戶通過家庭電話線接入因特網。通過多路復用技術將打電話和聯網共享到同一條鏈路之上。
- 電纜因特網接入：電纜因特網接入與DSL不同，它使用了有線電視的基礎設施。許多家庭通過同軸電纜連接到光纖節點，光纖節點通過光纜連接到有限公司提供的電纜頭端在連接到網絡核心。
- 光纖到戶：從本地中心局直接接一條光纖到家庭住戶。
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企業（家庭）接入
- 以太網和Wifi：企業、大學、家庭大多數靠以太網技術連接因特網。用戶使用雙絞銅線與以太網交換機相連，以太網交換機再與邊緣路由器相連接入因特網。
網絡核心
本節首先介紹網絡鏈路和交換機移動數據的兩種方式，分別為電路交換和分組交換；接着重點介紹分組交換；最后介紹網絡中的網絡。
電路交換
最典型的電路交換就是電話通訊。當兩位用戶建立電話通信之后，他們便獨占整條線路，即使他們兩人不傳輸數據（說話）。
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電路交換的三個階段
- 建立連接
- 通信
- 釋放連接
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電路交換網絡
如圖所示：這四台電路交換機連接了四條鏈路，每條鏈路中由四條電路，當一段的主機對另一端的主機發起連接，進行通信，他們獨占這條電路資源，如果每條鏈路由1Mbps的傳輸速率，則這兩個主機之間的通信就獲得250kps的傳輸速率。
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電路交換中的多路復用
上文中的電路所用的便是多路復用技術，重點介紹頻分復用技術和時分復用技術。
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頻分復用
首先，鏈路中的所有頻譜被連接在該鏈路中的所有主機共享，但是，當某兩個主機建立了連接，將會給他們分配一個頻段，這時他們獨享這個頻段。
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時分復用
首先，時間被均分為相同的幀，幀又被分成相同的時隙，當兩個主機建立連接，他們獨占某個時隙，在每次輪到該時隙時才傳輸數據。
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分組交換
在網絡應用中，端系統彼此之間傳輸數據是靠報文的形式，端系統首先將報文分割成小的數據塊，稱之為分組，分組通過通信鏈路和分組交換機傳遞。
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具體方式
存儲轉發傳輸：在交換機要傳出分組的第一個比特之前，它必須收到該分組的最后一個比特。
轉發表和路由選擇協議：分組在路由器之間進行轉發，直至到達目的地端系統。這其中可能經過數個路由器，路由器選擇另一台傳遞數據的路由器就是靠轉發表和路由選擇協議。每個端系統有一個用作標識的IP地址，每個分組中包含了傳出數據的源IP和接受數據的目的IP。當分組到達路由器時，路由器通過檢查轉發表來決定下一跳的路由器。轉發表靠路由選擇協議來配置轉發表。
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需要討論的問題
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時延：時延可以分為處理時延，排隊時延，傳輸時延，傳播時延。
- 處理時延：檢查首部信息決定下一跳的地址，差錯檢測等一系列所需要的時間成為處理時延。
- 排隊時延：分組的接受需要時間，處理需要時間，傳出需要時間，如果這時間內有其他分組到達路由器，那么它必須排隊等待。
- 傳輸時延：路由器傳出該分組的第一個比特到傳輸完最后一個比特所需要的時間。
- 傳播時延：分組從一個路由器發出到達下一個路由器所需要的時間。
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丟包：由於存在排隊時延且路由器的緩存是有限的，當路由器的緩存滿了且仍有分組到達路由器，那么該分組被丟棄。
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分組交換與電路交換的對比
在分組交換中，只有在兩個端系統傳輸數據的時候才會使用鏈路，所有傳輸數據的方式都是按需使用鏈路資源，不存在獨占。
- 分組交換的缺點：端到端的時延是不可預測和可變的。
- 分組交換的優點：比電路交換更好的寬帶共享，更簡單有效，更能充分利用資源。
網絡的網絡
ISP存在分層，第一層是全球ISP和內容提供商網絡，他們之間靠IXP相連，第一層ISP之下還有兩層、三層...直到接入ISP網絡邊緣相連。
協議層次及其服務模型
OSI模型
- 應用層：數據的起點，應用程序通過不同的應用層協議將數據包裝成報文，發給下一層。
- 表示層：將數據編碼，對數據加密解密和壓縮解壓縮。
- 會話層：對話控制和同步
- 運輸層：負責端到端完整報文的傳輸，將報文分割為分組，連接控制，流量控制，差錯檢測
- 網絡層：負責將分組交付，邏輯尋址，分組轉發
- 數據鏈路層：負責分組交換機之間的數據轉發，有組幀和物理尋址的功能。
- 物理層：決定一些物理特性。
傳輸過程
數據從應用層開始，依次向下傳遞，每層執行相應的功能並添加頭部信息，直到物理層通過物理鏈路轉發出去，數據到達路由器，路由器只有物理層，數據鏈路層，網絡層，數據依次向上傳遞並進行處理，之后再向下傳遞到下一個路由器，最后數據到達目的端系統，依次向上傳遞，剝離頭部信息直到用戶得到原始數據。
