# 覆盖范围

根据覆盖范围的不同,可将计算机网络分为:

  • 局域网
  • 城域网
  • 广域网

# 局域网

  • 局域网(Local Area Network ,LAN)
    • :一般覆盖几公里的范围,容易组建和维护。
    • 局域网的覆盖范围小,因此可以采用比较慢的传输方式。
  • 电气和电子工程师协会(IEEE)的 802 标准定义了局域网的主要规范。
  • IEEE 802.11 标准:定义了物理层和 MAC 子层的协议规范。
    • 无线结点不能在接收数据的同时发送差错控制信号,所以 IEEE802.11 标准使用 CSMA/CA 或 DCF 代替 CSMA/CD 。
    • IEEE 802.11a :使用 5.8GHz 的频段,带宽为 54Mbps 。
    • IEEE 802.11b :使用 2.4GHz 的频段,带宽为 11Mbps ,是目前使用最广泛的 WLAN 标准,覆盖范围为 100 米。
    • IEEE 802.11c :使用其它频率。
    • IEEE 802.11g :使用 2.4GHz 的频段,带宽提升为 54Mbps 。
    • IEEE 802.11n :兼容 a、b、g ,用于传输高清视频,理论带宽为 600Mbps(通常为 300Mbps),覆盖范围为几百米。
    • IEEE 802.11ac :使用 5.8GHz 的频段,以 IEEE 802.11n 为基础,理论带宽为 1Gbps 。
  • 局域网覆盖了物理层和数据链路层。其数据链路层又分为逻辑链路控制(Logical Link Control ,LLC)子层和介质访问控制(MAC)子层,分别控制逻辑连接和物理连接。

# 主要类型

  • 以太网(Ethernet):与 IEEE 802.3 标准差不多。
    • 其核心是规定了数据链路层的 MAC 子层统一采用 CSMA/CD 技术,而物理层的采用的标准和协议可以不同,所以传输介质或传输速率等不同的局域网可以按照以太网协议在数据链路层连接。
    • 以太网帧的最小长度为 64 Bytes 。
    • 以太网是目前最常见的一种局域网,标准以太网的传输速率是 10Mbps ,快速以太网(Fast Ethernet ,FE)可达 100Mbps ,千兆以太网(Gigabit Ethernet ,GE)可达 1000Mbps 。
    • 标准以太网采用总线型拓扑结构,所以只支持半双工通信,而快速以太网采用星型拓扑结构,所以支持全双工通信。
    • 快速以太网不存在介质访问控制的问题,所以不需要使用 CSMA/CD 技术。
  • 光以太网:融合了光网络和以太网的优点。
    • 全光网是在光纤网络中使用光纤路由器、光纤交换机等设备,使数据始终以光的形式传输。
  • 令牌环网
  • 光纤分布式数据接口网(FDDI)
  • ATM 网

# 传输介质

  • 无线局域网(WLAN):通常是指采用 IEEE 802.11 标准进行无线通信的局域网。
    • 缺点:
      • 通信频率较高,因此穿透力较弱。
      • 2.4GHz 的频段也被蓝牙、移动电话、微波炉使用,容易对 WLAN 造成干扰。
      • 终端的功率通常较低,因此覆盖范围小。
  • 蓝牙和 WiFi 都属于短距离无线传输技术。
  • WiFi :一种使电子设备连接到 WLAN 的技术,是国际 WiFi 联盟的一个无线网络通信技术的品牌。
  • POE 技术:在以太网中用一条双绞线同时传输数据信号和直流电。

# 介质访问控制方法

根据介质访问控制方法的不同,可将局域网分为:

  • 共享式局域网:用集线器连接,只支持半双工通信。
    • 集线器不能控制数据包的发送方向,只能多个端口共享带宽,采用 CSMA/CD 技术来控制。
    • 当共享式局域网的规模变大时,每个网络结点分到的带宽变少,导致网络服务质量下降。需要用路由器或网桥将局域网分成多个独立的子网,使每个子网的结点变少。
  • 交换式局域网:用交换机连接,支持全双工通信。
    • 交换机可以根据数据包的目的地址来选择发送到哪个端口,形成一条专用信道,独享带宽。

# 城域网

  • 城域网(Metropolitan Area Network ,MAN)
    • :一般覆盖几十公里的范围,相当于一个覆盖整个城市的大型局域网。
  • 城域网以宽带光传输网络为开放平台,以 TCP/IP 协议为基础,与广域网、电话交换网、广播电视网相连通。
  • 城域网将城市范围内的大量用户接入互联网,结构比广域网更复杂。

# 宽带城域网

宽带城域网的逻辑结构从下到上分为网络平台、业务平台、管理平台、城市宽带出口。

  • 网络平台从下到上分为三层。
    • 接入层:通过各种接入技术直接连接到用户。
    • 汇聚层:通过路由器汇聚接入层的各个子网。
    • 核心层:由路由器连接各个服务器和城域网出口(从而接入互联网),进行数据的高速分组交换。
  • 宽带城域网的关键问题是各类节点的带宽管理和业务调度。因此,组建宽带城域网必须保证网络的可运营性、可管理性、可盈利性和可扩展性(即可改进的空间),其核心设备必须是电信级的,能提供 7x24 的服务。
  • 宽带城域网的组建方案主要包括:
    • 基于同步数字体系(SDH)的城域网:以成熟的传统电信网络为基础,融合新技术。目前应用最广泛。
    • 基于 10GE 技术的城域网:优点是技术已经成熟,成本也低。
    • 基于弹性分组环(RPR)技术的城域网:直接用光纤通信。

# 接入技术

城域网的接入技术主要包括:

  • 数字用户线(xDSL)接入技术
    • 数字用户线是指从用户到本地电话交换中心的一对铜双绞线,当用户到交换中心的传输速率(即上行速率)与交换中心到用户的传输速率(即下行速率)不同时称为非对称数字用户线(ADSL),传输速率一般是几 Mbps 以下,距离不能超过五公里。
    • 优点:不需要改造传输线路、只需要一对调制解调器,可同时支持电话业务和宽带业务。
  • 光纤同轴电缆混合网(HFC)接入技术
    • HFC 是新一代的有线电视网,支持双向传输,传输速率可达几十 Mbps 。有线电视台的电信号先经过电缆调制解调器调制成光信号通过光纤传输,到用户区域后再经过电缆调制解调器解调成电信号,最后通过同轴电缆传输给用户。
  • 局域网接入技术
  • 无线接入技术
  • 光纤接入技术

# 广域网

  • 广域网(Wide Area Network ,WAN)
    • :一般覆盖几百公里到几千公里的范围,甚至跨洋。
    • 一般由专业的电信运营商组建和维护。
  • 互联网:通常指因特网(Internet),是全球最大的广域网。
    • 也可以泛指所有计算机网络,此时写作 internet 。
  • 互联网服务提供商(Internet Service Provider ,ISP):指提供互联网接入服务的电信运营商。
  • 互联网内容提供商(Internet Content Provider ,ICP):主要提供信息业务,比如搜索网站、新闻网站。
  • 电信运营商:网络运营商的一种,是指提供固定电话、移动电话和互联网接入的通信服务公司。
    • 中国的四大电信运营商分别是电信、联通、移动和广电,除此之外还有很多小的运营商。

# 发展历史

  • 传统电信网(电信网属于通信网的一种)的信道是公共电话交换网,采用电路交换方式,构成以每个交换机为中心的星-星结构,一个交换机或中继线路被炸就会中断整个通信网络。
  • 冷战期间美国国防部高级研究计划局(DARPA)开始研究采用分组交换的计算机网络,1969 年建立了 ARPAnet(阿帕网),一开始它只有分布在四所大学的四个节点。因此,最早的计算机网络是一个广域网。后来以阿帕网作为主干网,发展出了互联网。
  • 70 年代,出现了 X.25 网,它采用同轴电缆作为传输介质,由于当时通信线路质量差、差错控制麻烦,传输速率只有 64Kbps ,故称为慢包技术。X.25 网是第一个面向连接的网络,也是典型的分组交换网络,其后的帧中继网、ATM 网都是面向连接的网络。
  • 80 年代,在 X.25 协议的基础上出现了帧中继技术,采用光纤为传输介质,数据帧的长度不一定,简化了通信协议,转发延迟减小很多,称为快包技术。帧中继的交换方式是帧交换。
  • 80 年代,为了让网络同时支持电话和数据通信等多种业务,出现了综合业务数字网(Integrated Service Digital Network ,ISDN),它是典型的电路交换网络。
    • 后来还出现了宽带综合业务数字网(Broadband-ISDN ,BISDN),它采用 ATM 技术。
  • 90 年代初,出现了异步传输模式(Asynchronous Transfer Mode ,ATM):一种高速分组交换技术,以长度固定为 53 字节的信元为单位传输数据。由于成本高、与流行 IP 等协议不一致,它并没有广泛应用,而是成为广域网的核心交换网。ATM 的交换方式是信元交换。

# 中国网络运营商

# 骨干网

国内网络接入全球互联网的主要网络线路:

  • ChinaNet / China163
    • :中国电信的一个骨干网,路由节点的 IP 以 202.97 开头。
    • 供大众用户使用,高峰期时每个人分到的境外带宽低于 10 Kbps ,丢包率超过 50% ,QOS 很低。
  • CN2
    • :中国电信的下一代骨干网(Chinatelecom Next Carrier Network ,CNCN),路由节点的 IP 以 59.43 开头。
    • 供政企客户使用,提供高 QOS 服务。
    • 有多种细分服务:
      • CN2 GT :较差的 CN2 服务,省级、出国为 163 线路,国际为 CN2 线路。
      • CN2 GIA :最好的 CN2 服务,省级、出国、国际都走 CN2 线路,从不走 163 线路。
      • 双向 CN2 线路:出国、回国流量都走 CN2 线路。
      • 单相 CN2 线路:一般是出国流量走 CN2 线路,回国流量走 163 线路,高峰期依然拥挤。
    • 可以在个人电脑上用 traceroute 命令测试访问一个境外 IP ,看经过的各个路由节点的 IP 是否以 59.43 开头,从而判断是否使用了 CN2 线路。
  • China169
    • :中国联通的一个骨干网,供大众用户使用。
  • CMNET
    • :中国移动的一个骨干网,供大众用户使用。
  • CERNET
    • :中国教育科研网,连通了中国大部分高校的校园网。
  • CSTNET
    • :中国科学技术网,供中科院等科研单位使用。

# 相关历史

  • 1945 年,中国邮电部成立。
  • 1900 年,中国国家计算机与网络设施(NCFC)开始建设,后来发展为 CSTNET 。
    • 同年,中国注册了顶级域名 .CN 。
  • 1994 年,NCFC 首次连接到 Internet 。
    • 同年,清华大学建设了 CERNET ,是第一个全国范围的广域网。
    • 同年,为了打破中国邮电部的一家垄断,成立了中国联通。
  • 1995 年,中国邮电部建设了 ChinaNet 广域网,覆盖全国。
  • 1997 年,邮电分营,中国邮电部拆分为邮政局和电信局。电信局在 ChinaNet 骨干网之下开始建设各地的省网、城域网。
  • 2003 年,ChinaNet 取消省网,网络结构变为骨干网、城域网两级。骨干网分为核心层、汇聚层、接入层三级。
  • 2004 年,中国电信开始建设 CN2 网。
  • 2000 年,电信局拆分为中国移动通信集团公司、中国电信集团公司。
  • 2002 年,中国电信在北方几省的公司与小网通、吉通合并,成立中国网通。它建设了 CNCNET 骨干网,还继承了中国邮电部以前建设的 China169 网。
    • 因此中国联通的业务主要在北方,中国电信的业务主要在南方。
  • 2009 年,中国网通合并到中国联通。

# GFW

中国境内的电脑用户,访问很多境外网站时会失败,主要有两方面原因:

  • 大众用户一般通过较差的骨干网接入全球互联网,因此网速慢、带宽低、丢包率高。
    • 解决方案:花钱让服务器或客户端使用 CN2 等高质量网络线路。
  • GFW 防火墙将一些网站、公网 IP 加入了黑名单,禁止境内用户访问。
    • 中国国家防火墙(Great Firewall,GFW)会在网络运营商的路由器处,审查所有网络数据包(包括境内流量、境外流量),如果发现违规流量,则进行封禁。
    • GFW 从 1998 年开始运行,封禁的范围越来越大。常见的几种封禁:
      • DNS 污染:当用户访问一个域名时,将该域名 DNS 解析到错误的 IP 。
      • TCP/UDP 端口封禁:当用户访问一个境外公网 IP 的某端口时(比如 TCP 80 端口),丢弃网络包,或返回 RST 包、拒绝端口连接。
      • IP 封禁:当用户访问一个境外公网 IP 时,丢弃网络包。此时用 ping 命令不会连通。
    • 一些境内用户会通过 ss 等代理工具连接境外未被封禁的主机,间接访问被封禁的境外网站,并加密网络流量,避免被 GFW 发现。该行为称为翻墙、挂梯子。对此 GFW 增加了一些检测方式:
      • 被动检测:用机器学习技术,检查网络流量是否符合某些代理协议的特征。
      • 主动探测:根据代理协议,测试发送一些网络包给某个主机,然后根据主机的响应,判断它是否为代理服务器。