网络边缘

网络结构

网络边缘（edge）：主机、应用程序
网络核心（core）：互连的路由器
接入网、物理媒体（access）：有线/无线通信链路

应用进程之间的通讯模式

客户端/服务器模式（C/S）
- 客户端向服务器发出请求，服务器响应
- 问题：可扩展性与可靠性的问题
对等模式（peer-to-peer）
- 很少（或没有）专门的服务器
- 客户端既是服务的请求方，也可以是服务的提供方

基础设施提供服务的方式

面向连接服务
- 握手（在数据连接之前做好准备）
- TCP-传输控制协议（工作在传输层，Internet上面向连接的服务）
  
  面向连接、流量控制、拥塞控制；
  
  适用应用：要求可靠性的应用，如HTTP(Web)、FTP(文件传送)、Telnet(远程登录)、SMTP(email)
- 注意：仅是端系统维系通信的状态，而core中的节点不负责。若整条路径上面所有的节点都需要维系通信状态，则为有连接
无连接服务
- UDP-用户数据报协议
  
  无连接、无流量控制、无拥塞控制，不可靠
  
  适用应用：要求实时性的或是事务查询，如流媒体、远程会议、DNS、Internet电话

网络核心：路由器的网状网络

数据怎样进行传输？

电路交换（circuit switch）

为每个呼叫预留一条专有电路，如电话网。
分组交换
- 将要传送的数据分成一个个单位（分组）
- 将分组从一个路由器传到相邻路由器（hop），一段段最终从源端传到目标端
- 每段：采用链路的最大传输能力（带宽）

电路交换

端到端的资源被分配给从源端到目标端的呼叫（call），为呼叫预留资源。

链路带宽、交换能力

专用资源，保证性能

要求建立呼叫连接

但是资源共享方面的能力较差

相邻交换节点之间的链路又可以分为线路（pieces），每个呼叫会采用其中空闲的线路。采用什么标准进行分片呢？
- 频分FDM
- 时分TDM
- 波分WDM：光纤通信
- 码分CDM
独享资源，每个呼叫一旦建立起来就能够保证性能
如果呼叫没有数据发送，被分配的资源就会被浪费（no sharing）
通常被传统电话网络采用

不适合计算机之间的通信

连接建立时间长
计算机之间的通信具有突发性，如果使用线路交换，则浪费的片比较多
- 即使这个呼叫没有数据传递，其占据的片也不能被别的呼叫使用
可靠性不高
- 交换机需要维系很多对主机之间的通信关系，一旦宕机，影响的通信范围会非常广

分组交换

节点之间的通信链路不再分片，整条链路一起作用
主机之间的通信数据分为一个个packet
每个交换节点进行存储转发

以分组为单位，存储-转发
- 网络带宽资源不再分为一个个片/线路，传输时使用所有带宽
- 主机之间传输的数据被分为一个个分组
资源共享、按需使用
- 存储-转发：分组每次移动一跳
  
  转发之前，节点必须收到整个分组，还需要一个存储时间
  
  延迟比电路交换大，另外还有排队时间
  
  换取了共享性
- 排队延迟和丢失
  
  如果到达速率＞链路的输出速率：
  
  分组将会排队，等待传输；
  
  如果路由器缓存已满，分组将会被抛弃。
- 统计多路复用（特殊的时分）：时分复用链路资源，但没有固定的使用模式
分组交换允许更多用户使用网络，其资源共享性更好

分类：按网络层有无连接

数据报网络（不建立连接，不维护通信状态，像寄信）
- 分组的目标地址决定下一跳（每个分组携带了完整的目标地址，独立传送）
- 在不同阶段，路由可以改变（路由表在变）
- 类似问路
- Internet
虚电路网络（建立网络层连接，保持通信状态，像打电话）
- 每个分组都带标签（携带虚电路号）

结论

分组交换适合于对突发式数据的传输
- 资源共享
- 简单、不必建立呼叫
过度使用分组交换会造成网络拥塞（分组延时和丢失）
- 对可靠的数据传输需要协议约束（拥塞控制）
分组交换怎样提供类似电路交换的服务？
- 保证音频/视频应用需要的带宽

网路核心分类

通信网络

电路交换网络
- 频分
- 时分
- 波分
分组交换网络
- 数据报网络
- 虚电路网络

关键功能

路由

决定分组采用的源到目标的路径（路由算法，路由表）

将分组从路由器的输入链路转移到输出链路

接入网和物理媒体

1	Q:怎么把端系统和边缘路由器连接？如住宅接入网络、单位接入网络、无线接入网络（无线局域、无线广域）

注意

接入网络的带宽？
是共享还是专用呢？

住宅接入：modem（调制解调器）

将上网数据调制加载到音频信号上，电话线上传输，在局端将其中数据解调出来。

可以通过调幅/调频/调相位/综合调制等方式，约定一定的信号代表0/1。

当然，采用这种方式时，上网和打电话就不能同时进行了。

接入网：digital subscriber line(DSL)

仍然采用现有的电话线
- DSL线路上的数据被传输到互联网
- DSL线路上的语音被传输到电话网
仍然采用调制解调的方式
- 0KHz~4KHz用于语音通信
- 4KHz以上，用于上行、下行数据（下行的带宽更大）
这种方式可以同时进行上网和打电话。

接入网：线缆网络（有线电视公司提供）

有线电视信号线缆双向改造（之前是单向的，由有线电视向所有用户广播数据）
FDM：在不同频段传输不同信道的数据（数字电视/上网数据）

这种情况下，网络的带宽是共享的。
HFC：hybrid fiber coax
- 非对称，最高30Mbps的下行传输速率，2Mbps的上行传输速率
线缆和光纤网络将家庭用户接入到ISP路由器

ISP：互联网服务提供商，在这里由有线电视公司提供
各用户共享到线缆头端的接入网络
- 与DSL不同，DSL每个用户一个专用线路到CO（cnetral office）
带宽的划分：数字广播、上行、下行、控制（传输信令）

接入网：家庭网络

家庭网络通常通过调制解调器（猫）连接到各种运营商的网络。家庭网络设备通常是复合设备，集成了多个功能，包括访问点（AP）、路由器和交换机。数据传输可以通过有线和无线方式进行：

有线传输：通过网线连接到调制解调器（猫）的端口，实现网络数据传输。
无线传输：通过无线局域网（WLAN）标准来进行数据传输。无线传输依赖于路由器和访问点（AP）来管理和扩展无线信号，并通过互联网协议（IP）连接到互联网。

整体来看，家庭网络通过调制解调器（猫）与运营商的网络连接，通过路由器、访问点、交换机等设备实现有线和无线的数据传输。

企业接入网络（Ethernet）

企业接入网络通常基于以太网（Ethernet），通过交换机实现网络设备的连接和数据传输。以下是企业接入网络的典型结构：

交换机级联：企业网络中的交换机通常会级联连接。交换机负责管理和转发网络流量，并将数据包传递到正确的目的设备。级联的交换机形成一个多层交换架构，以支持更大的网络规模和更复杂的网络拓扑。
无线接入：无线设备（如无线接入点（AP）和无线路由器）通过无线局域网（WLAN）连接到交换机。无线路由器可以连接到交换机的端口，以提供无线网络覆盖。无线接入点（AP）则用于扩展无线网络的范围，并连接到交换机以集成有线和无线网络流量。
交换机和路由器的集成：交换机连接到企业的核心路由器，该路由器负责将数据流量路由到互联网。核心路由器可以管理多种网络流量，并将内部网络流量与外部互联网进行分离和转发。
最终互联网连接：通过企业的核心路由器，网络流量被送往互联网。路由器通过网络运营商的链路连接到互联网服务提供商（ISP），实现对外的网络通信。

无线接入网络

无线接入网络使得各种无线端系统（如智能手机、笔记本电脑、平板等）能够连接到网络。无线接入网络的主要组成部分包括：

通过基站或者叫接入点

无线接入点（AP）：无线端系统通过无线接入点（也称为基站）连接到网络。接入点通常是无线路由器或专用的无线接入设备，它们负责提供无线局域网（WLAN）的覆盖，并管理无线设备的连接和数据传输。

无线LANs：设备通过无线接入点连接到网络。允许设备在一定范围内无线连接，通常用于家庭和小型办公室环境中。无线接入点与交换机或路由器连接，确保数据能够从无线设备传输到有线网络和互联网。
广域无线接入：广域无线接入指的是通过无线技术实现的远程网络连接，覆盖范围广泛。

蜂窝网络（如4G/5G）：通过移动通信网络提供无线接入，适用于移动设备和远程区域。

卫星通信：通过卫星提供广域的无线接入，适用于难以通过其他方式连接的地区。

无线电频率（RF）：使用无线电波进行广域无线接入，适用于特定的应用场景，如农村网络覆盖。

物理媒体

第0层

Bit：在传输-接受对间传播
物理链路：在每个传输-接收对之间，跨越一种物理媒体
导引型媒体

信号沿着固体媒介被导引：同轴电缆、光纤、双绞线
非导引型媒体

信号自由传播：如无线电
双绞线（TP）
两根绝缘铜线，显然是导引型媒体
- 5类：100Mbps Ethernet Gbps 以太网
- 6类：10Gbps

同轴电缆

两根同心的铜导线
双向
基带电缆
- 电缆上为单个信道
- Ethernet
宽带电缆
- 电缆上为多个信道
- HFC

光缆

光脉冲，每个脉冲表示一个bit，在玻璃纤维中传输
高速
- 点到点的高速传输（如10Gbps-100Gbps传输速率）
低误码率

两个中继器之间可以有很长的距离，不受电磁噪声的干扰
安全
分类
- 单模光纤
- 仅允许单一的光模式（光波沿直线传播），因此没有模式间干扰。可以实现极长距离的传输，适用于长距离通信（如城际、跨洋通信）。
- 多模光纤
- 允许多个模式的光波同时传播，因此会产生模式间干扰（不同模式的光信号传播速度不同，导致信号失真）。传输距离相对较短，通常用于几百米以内的局域网连接。

无线链路

开放空间传输电磁波，携带需要传输的数据
无需物理“线缆”
双向

数据在发送和接收端之间可以双向传输，支持实时通信和信息交换。
传播环境效应
- 反射：电磁波遇到障碍物时发生反射，可能导致信号绕射或多路径效应，影响信号质量。
- 吸收：电磁波在穿过某些材料时会被部分吸收，导致信号衰减，尤其是水、墙壁等材料会显著影响信号强度。
- 干扰：来自其他信号源的干扰（如其他无线设备、电磁设备等）可能会影响信号的准确传输，导致数据丢失或信号衰减。
类型
- 地面微波
- LAN（如WiFi）
- 广域网wide area（如蜂窝）
- 卫星
  - 同步静止卫星：位于地球同步轨道上的卫星，与地球自转同步，适用于广域覆盖，但传输延迟较大。
  - 低轨卫星：运行在近地轨道上的卫星，延迟较低，覆盖范围较小，通常需要多个卫星组成网络以实现连续覆盖（如Starlink）。

计算机网络:网络边缘