• 计算机网络概述


    计算机网络由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

    网络之间还可以通过路由器互连起来,这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络,这样的网络称为互连网。

    网络把许多计算机连接在一起,而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起,与网络相连的计算机常称为主机。

      互连网和互联网:

      1)以小写字母i开始的internet(互连网)是一个通用名词,它泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议(即通信规则)可以任意选择,不一定非要使用TCP/IP协议。

      2)以大写字母I开始的Internet(互联网或因特网)则是一个专用名词,它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网,它采用TCP/IP协议族作为通信的规则,且前身是美国的ARPANET。

    互联网的组成

      1)边缘部分:由所有连接在互连网上的主机组成。这部分是用户直接使用的(终端),用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。

      2)核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)

      位于网络边缘部分的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机,但是作用却不同。主机用来进行信息处理,路由器则用来转发分组的。

    1、互联网的边缘部分

      计算机之间通信:计算机之间的通信就是一个计算机上运行的进程与另一个计算机上运行的进程之间的通信。

      在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类:客户端-服务端方式(C/S)和对等方式(P2P)。

      1):客户端-服务端方式

        客户端是服务请求方,服务器是服务提供方,服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的网络服务。

      2):对等连接方式,简称P2P指两台主机在通信时不区分哪一个是服务请求方,哪一个是服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件(P2P软件),

        它们就可以进行平等的、对等连接通信。(本质上可以认为仍然是客户端-服务端方式,只是对等连接中的任意一方都既是客户端也是服务器)

    2、互联网的核心部分

      网络核心部分是互联网中最复杂的部分,因为网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性,使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信。

      在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router),它是一种专用计算机(但不叫做主机)。路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件,其任务

    是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能。了解分组交换之前先了解电路交换。

      1)电路交换的主要特点

        电话问世后,发现让电话两两相连需要 N(N-1)/2 对电线,是不现实的。于是,应该让每一部电话都连接到交换机上,而交换机使用交换的方法,让电话彼此

      之间可以很方便地通信。当电话机越来越多时,就要使用很多彼此连接起来(通过中继线连接)的交换机来完成全网的交换任务。电话交换机的方式一直以来都是

      电路交换。

        从资源分配角度来看,交换(switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源(觉得称为切换,转换或调换更容易理解)。在使用电路交换通话之

      前,必须先拨号请求建立连接,被叫用户接受来自交换机送来的连接请求后,就从主叫端到被叫端建立了一条连接,也就是一条专用的物理线路,保证了双方通

      信时资源不会被其他用户占用。通话结束后,交换机释放这条专用的物理线路。

        这种必须经过建立连接(占用通信资源)- 通信(一直占用通信资源)- 释放连接(归还通信资源)三个步骤的交换方式称为电路交换

        电路交换的一个重要特点是:在通话的全部时间内,通话的两个用户始终占用端到端的通信资源

        当使用电路交换来传送计算机数据时,其线路的传输效率往往很低。因为被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的,真正用来传送数据的时间

      往往不到10%。

      

      2)分组交换的主要特点

        分组交换采用存储转发技术。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文(message)。在发送报文之前,先把较长的报文分成一个个更小的等长数据段,在

      每个数据段的前面,加上一些必要的控制信息(目的地址和源地址等)组成的首部(header)后,就构成了一个分组(packet)。然后再以分组为单位进行发送

        位于网络核心部分的路由器即是用来转发分组的,即进行分组交换的。路由器收到一个分组,先暂时存储(在内存中)一下,检查其首部,查找转发表,按照

      首部中的目的地址,找到合适的接口转发出去,把分组交给下一个路由器,这样一步步地以存储转发的方式(可能经过几十个路由器),把分组交付最终的目的主

      机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息,以便创建和动态维护路由器中的转发表,使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

        (终于理解我们日常用的发送无线网的路由器了,它其实和网络核心部分的路由器的功能相同,都是连接终端,进行分组转发通信)。

        分组是暂存在路由器的内存中的,这就保证了较高的交换效率。另外,分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的链路的通信资源。分组在哪段链路上

      传送才占用这段链路的通信资源。分组到达一个路由器后,先暂时存储下来,查找转发表,然后从一条合适的链路转发出去。分组在传输时就这样一段一段地断续

      占用通信资源,而且还省去了建立连接和释放连接的开销,因而数据的传输效率更高。

        为了提高分组交换网的可靠性,互联网的核心部分常采用网状拓扑结构,使得当发生网络拥塞或少数结点、链路出现故障时,路由器可以灵活地改变转发路由

      而不致引起通信的中断或全网的瘫痪。此外,通信网络的主干线路往往由一些高速链路构成,这样就可以较高的数据率迅速地传送计算机数据。

        分组交换的优点:

    优点 所采用的手段
    高效 在分组传输的过程中动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用
    灵活 为每一个分组独立地选择最合适的转发路由
    迅速 以分组为传送单位,可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
    可靠 保证可靠性的网络协议;分布式多路由的分组交换网,使网络有很好的生存性

        

        分组交换的缺点:

    缺点 原因
    时延 分组在各路由器存储转发时需要排队
    开销 每个分组必须携带控制信息

       

      电路交换、报文交换、分组交换:

        电路交换:整个报文的比特流连续地从源点直达终点,好像在一个管道中传输

        报文交换:整个报文传送到相邻结点,全部存储下来后查找转发表,转发到下一个结点

        分组交换:单个分组(报文的一部分)传送到相邻结点,存储下来后查到转发表,转发到下一个结点。

       若要传送大量数据,且传送的时间远大于建立连接的时间,则电路交换的传输速率较快。报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽,在传送突发数据时可以提高整个网络的信道利用率。由于一个分组的长度远小于整个报文的长度,因此分组交换比报文交换的时延小,同时也具有更好的灵活性。

      注:信道(channel)是指以传输媒体为基础的信号通路,包括有线和无线电线路,其作用是传输信号。

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