1.1 什么是因特网
两种方式回答
1. 描述因特网的具体构成，构成因特网的基本硬件和软件组件。
2. 根据为分布式应用提供服务的联网基础设施来描述因特网。
1.1.1 具体构成描述
所有接入因特网的设备都叫做 主机（host）或者 端系统（end system），
这些端系统通过通信链路和分组交换机连接在一起。数据在通信链路上的传输速率（单位为bit/s 、bps 比特/秒）就是带宽。
通信链路由不同类型的物理媒体组成：包括同轴电缆、铜线、光纤、无线电频谱。
分组交换机：转发分组
类型：路由器（外网 router） 和 链路层交换机（局域网 link-layer switch）
分组：在主机之间发送数据，发送方的端系统将数据分段，并为每段加上首部字节，由此形成的信息包。
路径：从发送端系统到接受端系统，一个分组所经历的一系列通信链路和分组交换机称为通过该网络的路径。
端系统通过因特网服务提供商（ISP）接入因特网，每个 ISP 自身就是一个由多台分组交换机和多段通信链路组成的网络。较高层 ISP 是由通过告诉光纤链路互联的高速路由器组成。
端系统、分组交换机和其他因特网部件都要运行一系列协议（protocol），这些协议控制因特网中信息的接收和发送。TCP（传输控制协议）和 IP（网际协议）是因特网中最为重要的两个协议。IP 协议定义了在路由器和端系统之间发送和接收的分组格式。 因特网的主要协议统称为 TCP/IP
1.1.2 服务描述
从应用程序提供服务的基础设施的角度来描述因特网。
应用程序涉及多个相互交换数据的端系统，因此被称为分布式应用程序。因特网应用程序运行在端系统上，他们并不运行在网络核心中的分组交换机中。
与因特网相连的端系统提供了一个套接字接口，规定了运行在一个端系统上的程序请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地程序交付数据的方式。
1.1.3 什么是协议（protocol）
协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文的格式和顺序，以及在报文发送和/或接收一条报文或其他事件方面所采取的动作。
1.2 网络边缘
通常把与因特网相连的计算机和其他设备称为端系统。位于因特网的边缘。
因特网的端系统包括了桌面计算机（例如，桌面PC、Mac 和 Linux设备）、服务器（例如，Web 和 电子邮件服务器）和 移动计算机（例如，便携机、智能手机和平板电脑）。
端系统也称主机，它们容纳（运行）应用程序，即 主机 = 端系统。主机有时又被进一步分为两类：客户和服务器。 客户通常是桌面PC，移动PC 和 智能手机等，而服务器通常是更为强大的机器，用于存储和发布 Web 页面、流视频、中继电子邮件等。
1.2.1接入网
接入网：指将端系统物理连接到其边缘路由器的网络。
边缘路由器是端系统到任何其他远程端系统的路径上的第一台路由器。
1. 家庭接入：DSL、电缆、FTTH、拨号和卫星
① DSL 用户数字线
宽带住宅接入：数字用户线（DSL）和电缆。当使用 DSL 时，用户的本地电话公司也是它的ISP（网络服务提供商）。如图 1-5 所示，每个用户的 DSL 调制解调器使用现有的电话线（即双绞铜线）与位于电话公司的本地中心局（CO）中的数字用户线接入复用器（DSLAM）交换数据。
家庭 DSL 调制解调器得到数字数据后将其转换为高频音，以通过电话线传输给本地中心局 ;来自
许多家庭的模拟信号在 DSLAM 处被转换回数字形式。
高速下行信道，位于 50kHz 到 1MHz 频段；
中速上行信道，位于 4kHz 到 50kHz 频段；
普通的双向电话信道，位于 0 到 4kHz 频段。
这种方法使单根 DSL 线路看起来就像有 3 根单独的线路一样，因此一个电话呼叫和一个因特网连接能够同时共享 DSL 链路。在用户一侧，一个分配器把到达家庭的数据信号和电话信号分隔开，并将数据信号转发给 DSL 调制解调器。在电话公司一侧，在本地中心局中， DSLAM 把数据和电话信号分隔开，并将数据送往因特网。
DSL 标准定义了多个传输速率，包括 12Mbps 下行和 1.8Mbps 上行传输速率，以及55Mbps下行 和 15Mbps 上行传输速率 。 因为这些上行速率和下行速率是不同的，所以这种接入被称为是不对称的。一般而言，如果住宅不是位于本地中心局的 5~10英里（英里= 1609. 344米）范围内，该住宅必须采用其他形式的因特网接入。
② 电缆
DSL 利用电话公司现有的本地电话基础设施，而电缆因特网接入利用了有线电视公司现有的有线电视基础设施。住宅从提供有线电视的公司获得了电缆因特网接入。如图 1-6 所示，光缆将电缆头端连接到地区枢纽，从这里使用传统的同轴电缆到达各家各户和公寓。 每个地区枢纽通常支持 500 -5000个家庭 因为在这个系统中应用了光纤和同轴电缆，所以它经常被称为混合光纤同轴 (Hybrid Fiber Coax , HFC) 系统。
电缆因特网接入需要特殊的调制解调器，这种调制解调器称为电缆调制解调器。如同 DSL 调制解调器，电缆调制解调器通常是一个外部设备，通过一个以太网端口连接到家庭 PC。在电缆头端，电缆调制解调器端接系统( Cable Modem Tellnination System , CMTS )与 DSL 网络的 DSLAM 具有类似的功能，即将来自许多下行家庭中的电缆调制解调器发送的模拟信号转换回数字形式。电缆调制解调器将 HFC 网络划分为下行和上行两个信道。 如同 DSL ，接入通常是不对称的，下行信道分配的传输速率通常比上行信道的高。
电缆因特网接入的一个重要特征是共享广播媒体。特别是，向头端发送的每个分组向下行经每段链路到每个家庭；每个家庭发送的每个分组经上行信道向头端传输。需要一个分布式多路访问协议来协调传输和避免碰撞。
③ FTTH
更高速率的新兴技术——光纤到户，从本地中心局直接到家庭提供了一条光纤路径。
最简单的光纤分布网络称为直接光纤，从本地中心局到每户设置一根光纤。
光纤分布体系结构：主动光纤网络（AON）、被动光纤网络（PON）
PON：图1-7 显示了使用 PON 分布体系结构的 FTTH。每个家庭具有一个光纤网络端接器（ Optical Network Terminator, ONT），它由专门的光纤连接到邻近的分配器（splitter）。该分配器把一些家庭（通常少于 100 个）集结到一根共享的光纤，该光纤再连接到本地电话和公司的中心局中的光纤线路端接器 （Optical Line Tellninator, OLT） 。OLT 提供了光信号和电信号之间的转换，经过本地电话公司路由器与因特网相连。在家庭中，用户将一台家庭路由器（通常是无线路由器）与 ONT 相连，并经过这台家庭路由器接入因特网。在 PON 体系结构中，所有从 OLT 发送到分配器的分组在分配器（类似于一个电缆头端）处复制。
④ 拨号 和 卫星
在无法提供 DSL、电缆 和 FITH 的地方(例如在某些乡村环境) ，能够使用卫星链路将住宅以超过 1Mbps 的速率与因特网相连。
使用传统电话线的拨号接入与 DSL 基于相同的模式：家庭的调制解调器经过电话线连接到 ISP 的调制解调器。与 DSL 和其他宽带接入网相比，拨号接入 56kbps 的慢速率是令人痛苦的
2. 企业和家庭接入：以太网和 WiFi
在公司和大学校园以及越来越多的家庭环境中，使用局域网 (LAN) 将端系统连接到边缘路由器。 尽管有许多不同类型的局域网技术，但是以太网到目前为止是公司、大学和家庭网络中最为流行的接入技术。 如图 1-8 中所示，以太网用户使用双绞铜线与一台以太网交换机相连，以太网交换机或这样相连的交换机网络，则再与更大的因特网相连。使用以太网接入，用户通常以 100 Mbps 或 1Gbps 速率接入以太网交换机，而服务器可能具有 1Gbps 甚至 10Gbps 的接入速率。
越来越多的人从便携机、智能手机、平板电脑和其他物品无线接入因特网。在无线 LAN 环境中，无线用户从 / 到一个接入点发送 / 接收分组，该接入点与企业网连接（很可能使用了有线以太网），企业网再与有线因特网相连。一个无线 LAN 用户通常必须位于接入点的几十米范围内。基于 IEEE 802.11 技术的无线 LAN 接入，更通俗地称为 WiFi ，目前几乎无所不在，如大学、商业办公室 咖啡厅、机场、家庭，甚至在飞机上。在许多城市，人们能够站在街头而位于 10 20 个基站范围内。
家庭网络组成：一台漫游的便携机和一台有线 PC；1个与无线 PC 和家中其他无线设备通信的基站（无线接入点） ；1个提供与因特网宽带接入的电缆调制解调器；一台互联了基站及带有电缆调制解调器的固定 PC 的路由器。该网络允许家庭成员经宽带接入因特网。
3. 广域无线接入：3G 和 LTE
iPhone 和安卓等设备越来越多地用来在移动中发信息、在社交网络中分享照片、观看视频和放音乐。这些设备应用了与蜂窝移动电话相同的无线基础设施，通过蜂窝网提供商运营的基站来发送和接收分组。与 WiFi 不同的是， 1个用户仅需要位于基站的数万米（而不是几十米）范围内。
电信公司已经在所谓第 (3G) 无线技术中进行了大量投资， 3G 为分组交换广域无线因特网接入提供了超过 1Mbps 的速率。甚至更高速率的广域接入技术即第四代 (4G)广域无线网络也已经被部署了 LTE（长期演进 'Long- Ternl Evolution" 的缩写，被评为最差首字母缩写词年度奖候选者）来源于 3G 技术，它能够取得超过 10Mbps 的速率报道，几十 Mbps LTE 下行速率已经在商业部署中得到应用。
1.2.2 物理媒体
考虑一个比特从一个端系统开始传输，通过一系列链路和路由器，到达另一个端系统。这个比特被漫不经心地传输了许许多多次！源端系统首先发射这个比特，不久后其中的第一台路由器
接收该比特；第一台路由器发射该比特，接着不久后第二台路由器接收该比特；等等。因此，这个比特当从源到目的地传输时，通过一系列"发射器-接收器"对。对于每个发射器-接收器对，通过跨越一种物理媒体 (physical medium) 传播电磁波或光脉冲来发送该比特。该物理媒体可具有多种形状和形式，并且对沿途的每个发射器一接收器对而言不必具有相同的类型。物理媒体的例子包括双绞铜线、同轴电缆、多模光纤缆、陆地无线电频谱和卫星无线电频谱。物理媒体分成两种类型：导引型媒体 (guided media) 、非导引型媒体 (unguided media) 。对于导引型媒体，电波沿着固体媒体前行，如光缆、双绞铜线或同轴电缆。对于非导引型媒体，电波在空气或外层空间中传播，例如在无线局域网或数字卫星频道中。
1. 双铜绞线
最便宜并且最常用的导引型传输媒体是双绞铜线 。一百多年来，它一直用于电话网。事实上，从电话机到本地电话交换机的连线超过 99% 使用的是双绞铜线。双绞线由两根绝缘的铜线组成，每根大约 1mm粗，以规则的螺旋状排列着。通常许多双绞线捆扎在一起形成一根电缆，并在这些双绞线外面覆盖上保护性防护层。一对电线构成了一个通信链路。无屏蔽双绞线 (Unshielded Twisted Pair, UTP) 常用在建筑物内的计算机网络中，即用于局域网 (LAN) 。目前局域网中的双绞线的数据速率从 10Mbps 到 10Gbps 。所能达到的数据传输速率取决于线的粗细以及传输方和接收方之间的距离。
双绞线也经常用于住宅因特网接入。拨号调制解调器技术通过双绞线能以高达 56kbps 的速率接入。数字用户线（DSL）技术通过双绞线使住宅用户以超过数十 Mbps 的速率接人因特网（当用户靠近 ISP 的中心局居住时）。
2. 同轴电缆
与双绞线类似，同轴电缆由两个铜导体组成，但是这两个导体是同心的而不是并行的。借助于这种结构及特殊的绝缘体和保护层，同轴电缆能够达到较高的数据传输速率。同轴电缆在电缆电视系统中相当普遍。在电缆电视和电缆因特网接入中，发送设备将数字信号调制到某个特定的频段，产生的模拟信号从发送设备传送到一个或多个接收方。同轴电缆能被用作导引型共享媒体 (shared medium)。特别是，许多端系统能够直接与该电缆相连，每个端系统都能接收由其他端系统发送的内容。
3. 光纤
光纤是一种细而柔软的、能够导引光脉冲的媒体，每个脉冲表示1个比特 。一根光纤能够支持极高的比特速率，高达数十甚至数百 Gbps。它们不受电磁干扰，长达 100km的光缆信号衰减极低，并且很难窃听。这些特征使得光纤成为长途导引型传输媒体，特别是跨海链路。在美国和别的地方，许多长途电话网络现在全面使用光纤，光纤也广泛用于因特网的主干。然而，高成本的光设备，如发射器、接收器和交换机，阻碍光纤在短途传输中的应用，如在 LAN 或家庭接入网中就不使用它们。光载波( Optical Carrier, OC) 标准链路速率的范围从 51.8Mbps 39. 8 Gbps ；这些标准常被称为 OC-n ，其中的链路速率等于 n * 51. 8Mbps 目前正在使用的标准包括 OC-1、 OC-3、OC-12、OC-24、OC-48、OC-96、OC-192、OC-768。
4. 陆地无线电信号
无线电信号承载电磁频谱中的信号。不需要安装物理线路，并具有穿透墙壁、提供与移动用户的连接以及长距离承载信号的能力，因而成为一种有吸引力的媒体。无线电信道的特性极大地依赖于传播环境和信号传输的距离。环境上的考虑取决于路径损耗和遮挡衰落（即当信号跨距离传播和绕过/通过阻碍物体时信号强度降低）、多径衰落（由于干扰对象的信号反射)以及干扰(由于其他传输或电磁信号）。
陆地无线电信道能够大致划分为三类：一类运行在很短距离（如1米或2米）；另一类运行在局域，通常跨越数十到几百米；第三类运行在广域，跨越数万米。个人设备如无线头戴式耳机、键盘和医疗设备跨短距离运行；在 1. 2. 1节中描述的无线 LAN 技术使用了局域无线电信道；蜂窝接入技术使用了广域无线电信道。
5. 卫星无线电信道
一颗通信卫星连接地球上的两个或多个微波发射器/接收器，它们被称为地面站。该卫
星在一个频段上接收传输，使用一个转发器 再生信号，并在另一个频率上发射信号。
通信中常使用两类卫星：同步卫星 (geostationary satellite )和近地轨道(Low- EarOrbiting LEO) 卫星。
同步卫星永久地停留在地球上方的相同点上。这种静止性是通过将卫星置于地球表面上方 36000km 的轨道上而取得的。从地面站到卫星再回到地面站的巨大距离引入了可观的 280ms 信号传播时延。不过，能以数百 Mbps 速率运行的卫星链路通常用于那些无法使DSL 或电缆因特网接入的区域。
近地轨道卫星放置得非常靠近地球，并且不是永久地停留在地球上方的一个点。它们围绕地球旋转，就像月亮围绕地球旋转那样，并且彼此之间可进行通信，也可以与地面站通信。为了提供对一个区域的连续覆盖，需要在轨道上放置许多卫星。
1.3 网络核心
网络核心：由互联因特网端系统的分组交换机和链路构成的网状网络。图 1-10 用加粗阴影线勾画出网络核心部分。
1.3.1 分组交换
在各种网络应用中，端系统彼此交换报文( message) 。报文能够包含协议设计者需要的任何东西。报文可以执行一种控制功能（例如，图 1-2 所示例子中的" 你好 "报文），也可以包含数据 ，例如电子邮件数据、 JPEG 图像或 MP3 音频文件。为了从源端系统向目的端系统发送一个报文，源将长报文划分为较小的数据块，称之为 分组( packet ) 。在源和目的地之间，每个分组都通过通信链路和分组交换机 (packet switch) 传送。（交换机主要有两类：路由器( router) 和 链路层交换机(link -Ia yer switch) 。）分组以等于该链路最大传输速率的速度传输通过通信链路。因此，如果某源端系统或分组交换机经过一条链路发送 L 比特的分组，链路的传输速率为 R 比特/秒，则传输该分组的时间为 L/R 秒。
1. 存储转发传输
多数分组交换机在链路的输入端使用存储转发传输制。存储转发传输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（是该分组的整个分组，不是所有的分组）。
考虑两个端系统经过一台路由器连接构成的简单网络，如图 1-11 所示。一台路由器通常有多条繁忙的链路，因为它的任务就是把一个入分组交换到一条出链路。在这个简单例子中，该路由
器的任务相当简单：将分组从一条(输入)链路转移到另一条唯一的连接链路。在图 1-11 所示的特定时刻，源已经传输了分组1部分，分组1的前沿已经到达了路由器。因为该路由器应用了存储转发机制，所以此时它还不能传输已经接收的比特，而是必须先缓存（即"存储" ）该分组的比特。仅当路由器已经接收完了该分组的所有比特后，它才能开始向出链路传输（即"转发"）该分组。
计算从源开始发送分组到目的地收到整个分组所经过的时间 (这里我们将忽略传播时延一一指这些比特以接近光速的速度跨越线路所需要的时间）。源在时刻 0 开始传输，在时刻 L/R 秒，因为该路由器刚好接收到整个分组，所以它能够朝着目的地向链路开始传输分组；在时刻 2L/R，路由器已经传输率整个分组，并且整个分组已经被目的地接收， 所以总时延是 2L/R。 路由器在转发前需要接收、存储和处理整个分组。
现在计算从源开始发送第一个分组到目的地接收到所有三个分组所需的时间。与前面一样，在时刻 L/R ，路由器开始转发第一个分组，而在时刻 L/R ，源也开始发送第二个分组，因为它已经完成了第一个分组的完整发送。因此，在时刻 2L/R，目的地已经收到第一个分组并且路由器已经收到第二个分组。类似地，在时刻 3L/R，目的地已经收到前两个分组并且路由器已经收到第三个分组，最后，在时刻 4L/R 目的地已经收到所有三个分组。
考虑一般情况，通过由 N 条速率均为 R 的链路组成的路径（在源和目的地之间由 N-1 台路由器），从源到目的地发送一个分组。应用上述逻辑，端到端的时延是：
2. 排队时延和分组丢失
每台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 (output buffer ，也称为输出队列 (output queue) ) ，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传输到某条链路，但发现该链路正忙于传输其他分组，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( queuing delay) 。这些时延是变化的，变化的程度取决于网络的拥塞程度，因为缓存空间的大小是有限的， 一个到达的分组可能发现该缓存已被其他等待传输的分组完全充满了。在此情况下，将出现分组
丢失(丢包) (packet loss) ，到达的分组或已经排队的分组之一将被丢弃。
图1-12 显示了一个简单的分组交换网络。如在图 1-11 中，分组被表示为三维厚片。厚片的宽度表示了该分组中比特的数量。在这张图中，所有分组具有相同的宽度，因此有相同的长度。假定 主机A 和 主机B 向 主机E 发送分组，主机 A 和 B 先通过 100Mbps 的以太网链路向第一个路由器发送分组。该路由器则将这些分组导向到一条 15Mbps 的链路。在某一个短时间间隔内，如果分组到达路由器的到达率（转换为每秒比特）超过 15Mbps ，这些分组在通过链路传输之前，将在链路输出缓存中排队，在该路由器中将出现拥塞。例如，如果主机 A 和主机 B 每个都同时发送了5 个紧接着的分组突发块，则这些分组中的大多数将在队列中等待一些时间。
3. 转发表和路由选择协议
路由器从与它相连的一条通信链路得到分组，然后向与它相连的另一条通信链路转发该分组。路由器怎样决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的方式完成分组转发，这里介绍在因特网中采用的方法。
在因特网中，每个端系统具有一个称为 IP 地址的地址。当源主机要向目的端系统发送一个分组时，源在该分组的首部包含了目的地的 IP 地址。如同邮政地址那样，该地址具有一种等级结构。 当一个分组到达网络中的路由器时，路由器检查该分组的目的地址的一部分，并向一台相邻路由器转发该分组。更特别的是，每台路由器具有一个转发表( forwarding table) ，用于将目的地址（或目的地址的一部分）映射成为输出链路，当某分组到达一台路由器时，路由器检查该地址，并用这个目的地址搜索其转发表，以发现适当的出链路。路由器则将分组导向该出链路。
转发表是如何进行设置的？因特网具有一些特殊的路由选择协议，用于自动地设置这些转发表。例如，一个路由选择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结果来配置路由器中的转发表。
1.3.2 电路交换
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 和 分组交换。
在电路交换网络中，在端系统间通信会话期间，预留了端系统间沿路径通信所需要的资源(缓存，链路传输速率）。在分组交换网络中，这些资源则不是预留的，会话的报文按需使用这些资源，其后果可能是不得不等待（即排队）接入通信线路。
传统的电话网络是电路交换网络的例子。考虑当一个人通过电话网向另一个人发送信息(语音或传真)时所发生的情况。在发送方能够发送信息之前，该网络必须在发送方和接收方之间建立一条连接 。此时沿着发送方和接收方之间路径上的交换机都将为该连接维护连接状态。用电话的术语来说，该连接被称为一条 电路( ircuit) ，当网络创建这种电路时，它也在连接期间在该网络链路上预留了恒定的传输速率(表示为每条链路传输容量的一部分) 。既然已经为该发送方一接收方连接预留了带宽，则发送方能够以确保的恒定速率向接收方传送数据。
图1-13 显示了一个电路交换网络。在这个网络中，用 4 条链路互联了 4 台电路交换机。这些链路中的每条都有 4 条电路，因此每条链路能够支持 4 条并行的连接。每台主机（例如PC 和工作站）都与一台交换机直接相连。当两台主机要通信时，该网络在两台主机之间创建一条专用的端到端连接( end- to- end onnection）。因此， 为了 主机A 向 主机B 发送报文，网络必须在两条链路的每条上先预留一条电路。在这个例子中，这条专用的端到端连接使用第一条链路中的第二条电路和第二条链路中的第四条电路。因为每条链路具有4条电路，对于由端到端连接所使用的每条链路而言，该连接在连接期间获得链路总传输容量的 1/4。 例如，如果两台邻近交换机之间每条链路具有 1Mbps 传输速率，那么每个端到端电路交换连接获得 250kbps 专用的传输速率。
与此相反，考虑一台主机要经过分组交换网络（如因特网）向另一台主机发送分组所发生的情况。与使用电路交换相同，该分组经过一系列通信链路传输。但与电路交换不同的是，该分组被发送进网络，而不预留任何链路资源之类的东西。 如果因为此时其他分组也需要经该链路进行传输而使链路之一出现拥塞，则该分组将不得不在传输链路发送侧的缓存中等待而产生时延。因特网尽最大努力以实时方式交付分组，但它不做任何保证。
1. 电路交换网络中的复用
链路中的电路是通过 频分复用( Frequency- DivisioD Multiplexing，FDM) 或 时分复用( Time- Division Multiplexing， TDM) 来实现的。
对于 FDM ，链路的频谱由跨越链路创建的所有连接共享。 特别是，在连接期间链路为每条连接专用一个频段。在电话网络中，这个频段的宽度通常为 4kHz (即每秒 4000 周期) 。毫无疑问，该频段的宽度称为带宽( band-width) 。调频无线电台也使用 FDM 来共享 88MHz - 108MHz的频谱，其中每个电台被分配一个特定的频段。
对于 TDM 链路，时间被划分为固定期间的帧，并且每个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，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(在每个帧内)可用于传输该连接的数据。
图1-14 显示了一个支持多达 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 个频段，每个频段的带宽是 4kHz 。对于 TDM ，其时域被分割为帧，在每个帧中具有 4 个时隙，在循环的 TDM 帧中每条电路被分配相同的专用时隙。 对于 TDM , 一条电路的传输速率等于帧速率乘以一个时隙中的比特数量。例如，如果链路每秒传输 8000 个帧，每个时隙由 8 个比特组成，则每条电路的传输速率是 64kbps。
讨论一个用数字表示的例子，它更能说明问题的实质。考虑从主机A 到 主机B 经一个电路交换网络发送一个 640000 比特的文件需要多长时间。假如在该网络中所有链路使用具有 24 时隙的 TDM ，比特速率为 1.536 Mbps。同时假定在主机A 能够开始传输该文件之前，需要 500ms 创建 一条端到端电路。它需要多长时间才能发送该文件?
每条链路具有的传输速率是 1. 536Mhps/24 = 64khps ，因此传输该文件需要 (640kb) / (64kbps) = 10s 这个10s ，再加上电路创建时间，这样就需要10.5s 发送该文件。值得注意的是，该传输时间与链路数量无关：端到端电路不管是通条链路还是 100 条链路，传输时间都将是 10s
2. 分组交换和电路交换的对比
分组交换：①提供了比电路交换更好的带宽共享 ② 比电路交换更简单、更有效，实现成本更低。
电路交换不考虑需求，而预先分配了传输链路的使用，这使得已分配而并不需要的链路时间未被利用。另一方面，分组交换按需分配链路使用，链路传输能力将在所有需要在链路上传输分组的用户之间运分组地被共享。
虽然分组交换和电路交换在今天的电信网络中都是普遍采用的方式，但趋势无疑是朝着分组交换方向发展，甚至许多今天的电路交换电话网正在缓慢地向分组交换迁移，特别是，电话网经常在昂贵的海外电话部分使用分组交换。
1.3.3 网络的网络
第一个网络结构：网络结构1，用单一的全球传输 ISP 互联所有 接入ISP。假想的全球传输 ISP 是一个由路由器和通信链路构成的网络，该网络不仅跨越全球，而且至少具有一台路由器靠近数十万接入 ISP 中的每一个。当然，对于全球传输 ISP ，建造这个大规模的网络将耗资巨大，为了有利可图，自然要向每个连接的接入 ISP 收费，其价格反映 (并不一定正比于)一个接入 ISP 经过全球 ISP 交换的流量大小。 因为接入 ISP向全球传输 ISP 付费，故接入 ISP 被认为是客户( customer) ，而全球传输 ISP 被认为是提供商 (provider)。
网络结构2：由数十万接 ISP 和多个全球传输 ISP 组成。接入 ISP 无疑更喜欢网络结构2，因为它们现在能够根据价格和服务因素在多个竞争的全球传输提供商之间进行选择。 然而，这些全球传输 ISP 之间必须是互联的；不然的话，与某个全球传输 ISP 连接的接入 ISP 将不能与连接到其他全球传输 ISP 的接入 ISP 进行通信。
网络结构2是一种两层的等级结构，其中全球传输提供商位于顶层，接入ISP位于底层。在任何给定的区域，可能有一个区域ISP，区域中的接入ISP与之连接。每个区域ISP 则与第一层ISP 连接。
再来讨论这个网络的网络，不仅有多个竞争的第一层 ISP ，而且在一个区域可能有多个竞争的区域 lSP 。在这样的等级结构中，每个接入 ISP 向其连接的区域 ISP 支付费用，并且每个区域 ISP 向它连接的第一层 ISP 支付费用，（一个接入 ISP 也能直接与第一层 ISP连接，这样它就向第一层 lSP 付费 ）因此，在这个等级结构的每一层，都有客户一提供商关系。值得注意的是，第 lSP 不向任何人付费，因为它们位于该等级结构的顶部。更为复杂的情况是，在某些区域，可能有较大的区域 TSP (可能跨越整个同家) ，该区域中较小的区域 ISP 与之相连，较大的区域 ISP 则与第一层 ISP 连接。例如，在中国，每个城市有接入 ISP ，它们与省级 ISP 连接，省级 ISP 又与国家级 ISP 连接，国家级 JSP 最终与 第一层 ISP 连接。这个多层等级结构仍然仅仅是今天因特网的粗略近似，称它为网络结构3。
在等级化网络结构3上增加存在点（PoP）、多宿、对等和因特网交换点。PoP 存在于等级结构的所有层次，但底层（接入 lSP）等级除外。一个PoP 只是提供商网络中的一台或多台路由器（在相同位置）群组，其中客户 ISP 能够与提供商 ISP 连接。对于要与提供商 PoP 连接的客户网络，它能从第三方电信提供商租用高速链路将它的路由器之一直接连接到位于该PoP 的一台路由器。任何 ISP (除了第一层 ISP) 可以选择多宿( multi - home) ，即可以与两个或更多提供商 ISP 连接。例如，一个接入 ISP 可能与两个区域 ISP 多宿，既可以与两个区域 ISP 多宿，也可以与 一个第一层 ISP 多宿。 当一个 ISP 多宿时，即使它的提供商之一出现故障，它仍然能够继续发送和接收分组。
客户 ISP 向它们的提供商 ISP 付费以获得全球因特网互联能力。客户 ISP 支付给提供商 ISP 的费用数额反映了它通过提供商交换的通信流量，为了减少这些费用，位于相同等级结构层次的邻近一对 ISP 能够对等 (peer) ，也就是说，能够直接将它们的网络连到一起，使它们之间的所有流量经直接连接而不是通过上游的中间 lSP 传输。当两个 lSP 对等时，通常不进行结算，即任一 ISP 不向其对等付费。如前面提到的那样，第一层 ISP 也与另一个第一层 ISP 对等，它们之问无结算。 对于对等和客户一提供商关系的讨论，沿着这些相同路线，第三方公司能够创建一个因特网交换点 (Internet Exchange Point, IXP) , IXP 是一个汇合点，多个 ISP能够在这里一起对等。 IXP 通常位于一个有自己的交换机的独立建筑物中, 在今天的因特网中有 400 多个 IXP。我们称这个生态系统为网络结构4一一由接入 ISP、区域 lSP、ISP、PoP、多宿、对等和 IXP 组成。
最终是网络结构5，它描述了现今的因特网，在图 1-15 中显示了网络结构5， 它通过在网络结构4 顶部增加内容提供商网络 (co. ntent provider nelwork) 构建而成。谷歌是当前这样的内容提供商网络的一个突出例子，谷歌数据中心都经过专用的 TCP/IP 网络互联，该网络跨越全球，不过独立于公共因特网。重要的是，谷歌专用网络仅承载出入谷歌服务器的流量。如图 1-15 所示，谷歌专用网络通过与较低层 ISP 对等(无结算) ，尝试"绕过"因特网的较高层，采用的方式可以是直接与它们连接，或者在 IXP 处与它们连接。然而，因为许多接入 lSP 仍然仅能通过第一层网络的传输到达，所以谷歌网络也与 第一层 ISP 连接，并就与这些.ISP 交换的流量向它们付费。通过创建自己的网络，内容提供商不仅减少了向顶层 ISP 支付的费用，而且对其服务最终如何交付给端用户有了更多的控制。
