環(huán)球焦點！什么是蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)？蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)的詳情介紹

【計算機網(wǎng)絡(luò)】—什么是蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)？

從 DataReportal 2021 年 1 月的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，全球 78 億人口中，有 52 億手機用戶，46 億互聯(lián)網(wǎng)用戶。

【資料圖】

一、網(wǎng)絡(luò)的組成

我們習(xí)慣稱今天的時代為云時代，整個世界可以看作一張巨大的、立體的網(wǎng)。在這個時代里產(chǎn)生的各種服務(wù)，就好像水和電一樣，打開即用。透過這張巨大的網(wǎng)去觀察，里面還會有一個個小型的網(wǎng)絡(luò)。你可以想象，用無數(shù)個節(jié)點構(gòu)成一個個小型網(wǎng)絡(luò)，再用小型網(wǎng)絡(luò)組成中型網(wǎng)絡(luò)，再組成大型網(wǎng)絡(luò)，以此類推，最后組成完整的一個如星河般的世界。

二、公司內(nèi)網(wǎng)

如果你仔細(xì)分析一個小型網(wǎng)絡(luò)，比如一個公司網(wǎng)絡(luò)，就會得到下圖 1 所示的結(jié)構(gòu)：

公司網(wǎng)絡(luò)從本地網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商 （Internet Service Provider） 接入，然后內(nèi)部再分成一個個子網(wǎng)。上圖 1 中，你看到的線路，也被稱作通信鏈（Communication Link），用于傳輸網(wǎng)絡(luò)信號。你可以觀察到，有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，同時接入了 2 條以上的鏈路，這個時候因為路徑發(fā)生了分叉，數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭@些節(jié)點需要選擇方向，因此我們在這些節(jié)點需要進行交換（Switch）。

數(shù)據(jù)發(fā)生交換的時候，會先從一條鏈路進入交換設(shè)備，然后緩存下來，再轉(zhuǎn)發(fā)（切換）到另一條路徑，如下圖 2 所示：

交換技術(shù)的本質(zhì)，就是讓數(shù)據(jù)切換路徑。因為，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是以分組或封包（Packet）的形式傳輸，因此這個技術(shù)也稱作封包交換技術(shù)（Packet Switch）。

比如說，你要傳遞一首 2Mb 的 MP3 的歌曲，歌曲本身不是一次傳輸完成的，而是被拆分成很多個封包。每個封包只有歌曲中的一部分?jǐn)?shù)據(jù)，而封包一旦遇到岔路口，就需要封包交換技術(shù)幫助每個封包選擇最合理的路徑。

在網(wǎng)絡(luò)中，常見的具有交換能力的設(shè)備是路由器（Router）和鏈路層交換機（Link-Layer Switch）。通常情況下，兩個網(wǎng)絡(luò)可以通過路由器進行連接，多臺設(shè)備可以通過交換機進行連接。但是路由器通常也具有交換機的功能。

在上圖 1 中，公司內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)也被分成了多級子網(wǎng)。每個路由器、交換機構(gòu)成一級子網(wǎng)。最高級的路由器在公司網(wǎng)絡(luò)的邊緣，它可以將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點連接到其他的網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)絡(luò)外部）。本地網(wǎng)絡(luò)提供商（ISP）提供的互聯(lián)網(wǎng)先到達邊緣的路由器，然后再滲透到內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。公司內(nèi)部的若干服務(wù)器可以通過交換機形成一個局域網(wǎng)絡(luò)；公司內(nèi)部的辦公設(shè)備，比如電腦和筆記本，也可以通過無線路由器或者交換機形成局域網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)絡(luò)之間，可以通過路由器、交換機進行連接，從而構(gòu)成一個更大的局域網(wǎng)。

三、移動網(wǎng)絡(luò)

在移動網(wǎng)絡(luò)中，無線信號構(gòu)成了通信鏈路。在移動網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，通信的核心被稱作蜂窩塔（Cellular Tower），有時候也稱作基站（BaseStation）。之所以有這樣的名稱，是因為每個蜂窩塔只覆蓋一個六邊形的范圍，如果要覆蓋一個很大的區(qū)域就需要很多的蜂窩塔（六邊形）排列在一起，像極了蜜蜂的巢穴。這種六邊形的結(jié)構(gòu)，可以讓信號無死角地覆蓋。想象一下，如果是圓形結(jié)構(gòu)，那么圓和圓之間就會有間隙，造成一部分無法覆蓋的信號死角，而六邊形就完美地解決了這個問題。

對于構(gòu)成移動網(wǎng)絡(luò)最小的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——蜂窩網(wǎng)絡(luò)來說，構(gòu)造大體如下所示：

上圖中，國家或全球網(wǎng)絡(luò)提供商將網(wǎng)絡(luò)供給處于蜂窩網(wǎng)絡(luò)邊緣的路由器，路由器連接蜂窩塔，再通過蜂窩塔（基站）提供給處于六邊形地區(qū)中的設(shè)備。通常是國家級別的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商負(fù)責(zé)部署基站，比如中國電信、中國聯(lián)通。將網(wǎng)絡(luò)提供給一個子網(wǎng)的行為，通常稱為網(wǎng)絡(luò)提供（Network Provider），反過來，對一個子網(wǎng)連接提供商的網(wǎng)絡(luò)，稱為網(wǎng)絡(luò)接入（Network Access）。

隨著移動網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，一個蜂窩網(wǎng)格中的設(shè)備越來越多，也出現(xiàn)了基站覆蓋有重疊關(guān)系的網(wǎng)格

這樣設(shè)計的好處是，當(dāng)一個基站過載、出現(xiàn)故障，或者用戶設(shè)備周邊信號出現(xiàn)不穩(wěn)定，就可以切換到另一個基站的網(wǎng)絡(luò)，不影響用戶繼續(xù)使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

另一方面，在一定范圍內(nèi)的區(qū)域，離用戶較近的地方還可以部署服務(wù)器，幫助用戶完成計算。這相當(dāng)于計算資源的下沉，稱為邊緣計算。相比中心化的計算，邊緣計算延遲低、鏈路短，能夠?qū)⒏玫捏w驗帶給距離邊緣計算集群最近的節(jié)點。從而讓用戶享受到更優(yōu)質(zhì)、延遲更低、算力更強的服務(wù)。

四、數(shù)據(jù)的傳輸

為了傳遞數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)中有幾個特別重要的抽象。最終提供服務(wù)或者享受服務(wù)的設(shè)備，稱為終端（Terminal），或者端系統(tǒng)（End System），有時候簡單稱為主機（Host）。比如說：電腦、手機、冰箱、汽車等，我們都可以看作是一個主機（Host）。

然后，我們可以把網(wǎng)絡(luò)傳輸分成兩類，一類是端到端（Host-to-Host）的能力，由 TCP/IP 協(xié)議群提供。還有一類是廣播的能力，是一對多、多對多的能力，可以看作是端到端（Host-to-Host）能力的延伸。

你可以思考一下，一個北京的主機（Host）向一個深圳的主機（Host）發(fā)送消息。那么，中間會穿越大量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，這些節(jié)點可以是路由器、交換機、基站等。在發(fā)送消息的過程中，可能跨越很多網(wǎng)絡(luò)、通過很多邊緣，也可能會通過不同的網(wǎng)絡(luò)提供商提供的網(wǎng)絡(luò)……而且，傳輸過程中，可能會使用不同材質(zhì)的通信鏈路（Communication Link），比如同軸電纜、雙絞線、光纖，或者通過無線傳輸?shù)?WI-FI、衛(wèi)星等。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施往往不能一次性傳輸太大的數(shù)據(jù)量，因此通常會將數(shù)據(jù)分片傳輸。比如傳輸一個 MP3，我們會將 MP3 內(nèi)容切分成很多個組，每個組也稱作一個封包，英文都是 Packet。這樣，如果一個封包損壞，只需要重發(fā)損壞的封包，而不需要重發(fā)所有數(shù)據(jù)。你可以類比下中文的活字印刷技術(shù)。

另一方面，網(wǎng)絡(luò)中兩點間的路徑非常多，如果一條路徑阻塞了，部分封包可以考慮走其他路徑。發(fā)送端將數(shù)據(jù)拆分成封包（Packet），封包在網(wǎng)絡(luò)中遇到岔路，由交換器和路由器節(jié)點決定走向，圖 9 中是對封包交換技術(shù)的一個演示。