计算机网络和因特网
1.3网络核心
1.3.1电路交换和分组交换
通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法：电路交换（circuitswitching）和分组交换（packetswitching）。在电路交换中，沿着端系统通信路径，为端系统之间通信所提供的资源（缓存、链路传输速率）在通信会话期间会被预留。在分组交换网络中，这些资源不被预留，会话的报文按需使用这些资源，这将导致可能需等待（即排队）接入通信线路。
电话网络是电路交换网络的例子。当一个人通过电话网向另一个人发送信息（话音或传真），发送前，该网络必须在发送方和接收方之间建立一个连接，这是一个真正意义上的连接，此时沿着发送方和接收方之间路径上的交换机都为该连接维护连接状态。用电话术语来说，该连接称为一条电路（circuit）。当网络创建这种电路时，已经为该发送方到接收方的连接预留了带宽，所以发送方能够以确保的恒定速率向接收方传送数据。
因特网是分组交换的典范。当一台主机通过因特网向另一台主机发送分组A时，分组A被送往网络而不必预留任何带宽，如有其它分组需要同时经过某链路发送，使此链路变得拥塞，则分组A不得不在传输链路的发送侧的缓存中等待，从而形成时延。因特网尽力而为（besteffort）地以适时的方式传递分组，但它不做任何确保。
在一个电路交换网络中，每条链路都有n条电路，因此每条链路能支持n条电路同时连接。当两台主机要通信时，该网络在两台主机间创建一条专用的端到端连接（end-to-endconnection），因为每条链路具有n条电路，该连接在连接期间获得该链路带宽的1/n部分。
链路中的电路要么通过频分多路复用（Frequency-DivisionMultiplexing，FDM）实现，要么通过时分多路复用（Time-DivisionMultiplexing，TDM）实现。
对于FDM，链路的频谱由跨越链路创建的所有连接共享，该链路在连接期间为每条连接专用一个频段，在电话网络中，这个频段通常具有4kHz，该频段的宽度被称为带宽（bandwidth）。调频无线电台也使用FDM来共享88—108MHz的频谱，其中每个电台被分配一个特定的频带。
对于TDM，时间被划分为固定区间的帧，并且每帧又被划分为固定数量的时隙。当网络跨越一条链路创建一条连接时，该网络在每个帧中为该连接指定一个时隙。这些时隙专门由该连接单独使用，一个时隙可用于传输该连接的数据。
图1-9显示了支持多达4条电路的特定网络链路的FDM和TDM。对于FDM，其频率域被分割为4个波段，每个波段的带宽是4kHz。对于TDM，其时域被分割为帧，在每个帧中有4个时隙，每个电路在循环的TDM帧中被分配相同的专用时隙。
分组交换的支持者总是争辩说，电路交换效率较低，因为在静默期（silentperiod）专用电路空闲。例如，打电话的一个人停止讲话，空闲的网络资源不能被其它进行中的连接所使用。而且创建端到端电路和预留端到端带宽是很复杂的，需要复杂的信令软件来协调沿端到端路径的交换机操作。
再讨论一个用数字表示的例子。考虑从主机A到主机B经一个电路交换网络需要多长时间发送一个640kb的文件。假定该网络中的所有链路使用时隙数为24的TDM，并具有1.536Mbps的比特速率。同时假定在主机A能够开始传输该文件时需要500ms创建一条端到端电路。那么，它需要多长时间才能发送该文件？每条电路的传输速率是1.536Mbps/24=64kbps，因此传输该文件需要（640kb）/（64kbps）=10s。再加上电路的创建时间，共需要10.5s发送该文件。注意，传输时间与链路的数量无关：即使该端到端电路通过一条链路或100条链路，传输时间也是10s。
各种应用程序在完成其任务时要交换报文（message）。报文可以执行一种控制功能，或能够包含数据。在现代计算机网络中，源主机将报文划分为较小的数据块，称为分组。在源和目的地之间，分组通过通信链路和分组交换机传送。
多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输（store-and-forwardtransmission）机制。它是指在交换机能够开始向输出链路传输该分组的第一个比特之前，必须接收到整个分组。因此，存储转发式分组交换机沿着该分组的路径在每条链路的输入端引入了存储转发时延。假定在两台主机间有Q段链路，需发送一个L比特的分组，每条链路的速率为Rbps，则总时延为QL/R。
每个分组交换机有多条链路与之相连。对于每条相连的链路，该分组交换机具有一个输出缓存（outputbuffer）也称为输出队列（outputqueue），它用于存储路由器准备发往那条链路的分组。如果到达的分组需要跨越链路传输，但发现该链路正忙于传输其它分组，该到达分组必须在输出缓存中等待。因此，除了存储转发时延以外，分组还要承受输出缓存的排队时延（queuedelay）。这些时延是变化的，变化的程度取决于网络中的拥塞水平。因为缓存空间的大小是有限的，所以一个到达的分组可能发现该缓存被等待传输的分组完全占满了，在此情况下，将出现分组丢失或丢包（packet）。
电路交换和分组交换的对比：分组交换的批评者经常争辩说，分组交换因其端到端时延是变动的和不可预测的，故不适合实时服务，如电话和视频会议。分组交换的支持者却争辩道，它提供了比电路交换更好的带宽共享；它比电路交换更简单、更有效，实现成本更低。
电路交换不考虑要求而预先分配传输链路的使用，使得已分配但不需要的链路未被利用。分组交换使用按需的分配方式分配链路。这样的按需（而不是预分配）共享资源有时被称为资源的统计多路复用（statisticalmutiplxing）。
1.3.2分组是怎样通过分组交换网形成其通路的
前面我们说过，路由器从与它相连的一条通信链路得到分组，将分组转发到与它相连的另一条链路。但是，路由器怎样确定它应当向哪条链路进行转发？不同的计算机网络实际上是以不同方式完成的，我们描述下因特网采用的方法。在因特网中，每个通过该网络传输的分组在它的首部包含了其目的地址。当分组到达网络中的一台路由器时，该路由器检查分组的目的地址的一部分，并向相邻路由器转发该分组。每台路由器具有一个转发表（forwardingtable），用于将目的地址（或目的地址一部分）映射到输出链路。当分组到达一台路由器时，该路由器检查目的地址，并用这个目的地址搜索转发表，以找到合适的输出链路。然后，路由器将该分组导向输出链路。
转发表是如何设置的？是通过人工对每台路由器逐台进行配置？还是因特网使用更自动的过程进行设置？因特网具有一些特殊的选路协议，它们用于自动地设置转发表。例如，选路协议可以决定从每台路由器到每个目的地的最短路径，并使用这些最短路径来配置路由器中的转发表。
1.3.3ISP和因特网主干
在公共因特网中，坐落在因特网边缘的接入网络通过分层的ISP层次结构与因特网的其它部分相连。接入ISP位于该层次结构的底部，该层次结构最顶层是数量相对较少的第一层ISP（tier-1ISP）。第一层ISP在许多方面与其它网络相同。它们的链路速率通常是622Mbps或更高，对于大型第一层ISP，其链路速率的范围是2.5-10Gbps。第一层ISP的特性是：直接与其它每个第一层ISP相连；与大量的第二层ISP和其它客户网络相连；覆盖国际区域。第一层ISP也被称为因特网主干（Internetbackbone）网络，包括Sprint、Verizon、AT&T。有趣的是，没有任何组织正式批准第一层的状态。
第二层ISP通常具有区域性或国家性覆盖规模，并且仅与少数第一层ISP相连接。因此，为了到达全球因特网的大部分区域，第二层ISP需要引导流量通过它所连接的第一层ISP。在第二层ISP之下是较低层的ISP，这些较低层ISP经过一个或多个第二层与更大的因特网相连。
在一个ISP的网络中，某ISP与其它ISP的连接点被称为汇集点（PointofPresence，POP）。POP就是某ISP网络中的一台或多台路由器组，通过它们能够与其它ISP的路由器连接。
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