1.1.1 - 什么是计算机网络
计算机网络 = 通信技术 + 计算机技术
计算机网络就是一种特殊的通信网络
定义：计算机网络就是互联的、自治的计算机集合
自治：无主从关系
互联：互联互通
Q：距离远、数量大如何保证互联？
通过交换网络互连主机
交换节点：路由器或交换机
Q：什么是Internet？
组成细节角度：
①全球最大的互联网络
ISP网络互连的“网络之网络”
②数以万计的互连的计算设备集合：
主机(hosts)=端系统(end systems)
运行各种网络应用
③通信链路
光纤、铜缆、无线电、卫星...
④分组交换：转发分组（数据包）
路由器(routers)
交换机(switches)
服务角度：
①为网络应用提供通信服务的通信基础设施
Web,VoIP,email,网络游戏,电子商务,社交网络...
②为网络应用提供应用编程接口(API)
支持应用程序“连接”Internet，发送/接收数据
提供类似于邮政系统的数据传输服务
Q：仅有硬件(主机、链路、路由器...)连接，Internet能否顺畅运行？能保证应用数据有序交付吗？
否，还需要网络协议
1.1.2 - 什么是网络协议
协议是计算机网络有序运行的重要保证
定义：网络协议，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定
协议规定了通信实体之间所交换的消息的格式、意义、顺序以及针对收到信息或发生的事件所采取的“动作”
协议的三要素：
①语法(Syntax)
数据与控制信息的结构或格式
信号电平
②语义(Semantics)
需要发出何种控制信息
完成何种动作以及做出何种相应
差错控制
③时序(Timing)
事件顺序
速度匹配
协议规范了网络中所有信息发送和接受过程
1.2.1 - 计算机网络结构
网络边缘：
①主机(端系统)：
位于“网络边缘”
运行网络应用程序
②客户/服务器(client/server)应用模型
客户发送请求，接收服务器响应
③对等(peer-peer，P2P)应用模型
无(或不仅依赖)专用服务器
通信在对等实体之间直接进行
接入网络：
①数字用户线路(DSL)
利用已有的电话线连接中心局的DSLAM
数据通信通过DSL电话线接入Internet
语音(电话)通过DSL电话线接入电话网
< 2.5Mbps 上行传输速率(典型速率 < 1 Mbps)
< 24 Mbps 下行传输速率(典型速率 < 10)
FDM： > 50 kHz - 1 MHz 用于下行
4 k Hz - 50 kHz 用于上行
0 kHz - 4 kHz 用于传统电话
②电缆网络
频分多路复用：在不同频带(载波)上传输不同频道
HFC：混合光纤同轴电缆(hybrid fiber coax)
非对称：下行高达30Mbps传输速率，上行为2Mbps传输速率
各家庭(设备)通过电缆网络-->光纤接入ISP路由器
各家庭共享家庭至电缆头端的接入网络
不同于DSL的独占至中心局的接入
③典型家庭接入网络：
④机构(企业)接入网络(Ethernet)：
主要用于公司、高校、企业等组织机构
典型传输速率：10Mbps,100Mbps,1Gbps,10Gbps
目前，端系统通常直接连接以太网交换机(switch)
⑤无线接入网络
通过共享的无线接入网络连接端系统与路由器
通过基站或称为接入点
无线局域网(LANs)：
同一建筑物内(30m)
802.11b/g(WIFI): 11Mbps、54Mbps传输速率
广域无线接入：
通过电信运营商（蜂窝网），接入范围在几十公里
带宽：1Mbps、10Mbps、100Mbps
3G、4G:LTE
移动互联网
⑥网络核心
互联的路由器网络
网络核心的关键功能：路由+转发
1.2.2 - Internet结构
端系统通过接入ISP连接到Internet
在网络中心：少数互连的大型网络
“一级”(tier-1)商业ISPs(如： 网通、电信、Sprint、AT&T)，提供国家或国际范围的覆盖
内容提供商网络(content provider network，如：Google)，私有网络，连接其数据中心与Internet，通常绕过一级ISP和区域ISPs
1.3.1 - 电路交换
最典型电路交换网络： 电话网络
电路交换的三个阶段：
建立连接(呼叫/电路建立)
通信
释放连接(拆除电路)
资源独占
Q：电路交换网络如何共享中继线？
多路复用
1.3.2 - 多路复用
多路复用技术，简称复用，是通信技术中的基本概念
链路/网络资源（如带宽）划分为“资源片”
将资源片分配给各路“呼叫”(calls)
每路呼叫独占分配到的资源片进行通信
资源片可能“闲置”(idle)(无共享)
典型多路复用方法
①频分多路复用FDM
②时分多路复用TDM
③波分多路复用WDM
④码分多路复用CDM
频分多路复用FDM
将信道资源在频率上进行划分
各用户占用不同的带宽资源(频率带宽Hz)
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带
时分多路复用TDM
时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)，每个用户在每个TDM帧中占用固定序号的时隙，每个用户所占用的时隙是周期性出现(其周期就是TDM帧的长度)
波分多路复用WDM
波分多路复用就是光的频分复用
码分多路复用CDM
广泛应用于无线链路共享(如蜂窝网，卫星通信等)
每个用户分配一个唯一的m bit码片序列，其中“0”用“-1”表示，“1”用“+1”表示
各个用户使用相同的频率的载波，利用各自码片序列编码数据
编码信号 = 原始数据 x 码片序列
如发送比特1 (+1)，则发送自己的m bit 码片序列
如发送比特0 (-1)，则发送该码片序列的m bit 码片序列的反码
各个用户码片序列相互正交
1.3.3 - 报文交换与分组交换
报文：源（应用）发送信息整体
分组：报文分拆出来的一系列相对较小的数据包
分组交换需要报文的拆分和重组，会产生额外开销
报文交换与分组交换均采用“存储-转发”交换方式
报文交换以完整报文进行“存储-转发”
分组交换以较小的分组进行“存储-转发”
报文交换：
报文长度为 M bits
链路带宽为 R bps
每次传输报文需要 M/R 秒
分组交换：
报文被拆分为多个分组
分组长度为L bits
每个分组传输时延为 L/R 秒
分组交换相较于报文交换，路由器所需缓存更低，传输效率更高
分组交换相较于电路交换，分组交换允许更多用户同时使用网络，充分共享网络资源
分组交换适用于突发数据传输网络
充分共享资源
简单，无需呼叫建立
分组交换可能产生拥塞：分组延迟和丢失
需要协议处理可靠数据传输和拥塞控制
