计算机网络 网络概述

计算机网络（一）

学习计算机网络过程中的心得体会以及知识点的整理，方便我自己查找，也希望可以和大家一起交流。

—— 网络概述 ——

1.互联网的概况

1.1互连网与互联网

• 互联网 (Internet)
  特指Internet，起源于美国，现已发展成为世界上最大的、覆盖全球的计算机网络。
• 计算机网络 (简称为网络)
  由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。
• 互连网 (internetwork 或 internet)
  可以通过路由器把网络互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络，称之为互连网。

1.2 互联网发展

• 第一阶段：从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程。
  1983 年， TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信。
  人们把 1983 年作为因特网的诞生时间。
  1990年，ARPANET 正式宣布关闭。

• 第二阶段：建成了三级结构的互联网。
  它是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。
  

• 第三阶段：逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。
  出现了互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)。
  任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用，就可从该 ISP 获取所需 IP 地址的使用权，并可通过该 ISP 接入到互联网。
  根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 也分成为不同层次的 ISP：主干 ISP、地区 ISP 和 本地 ISP。
  
  到2016年3月，全球已经有 226 个 IXP，分布在 172 个国家和地区。但互联网的发展在全世界还很不平衡。
  
  互联网交换点 IXP 在全球的分布图（2016年）

2. 互联网的组成

从互联网的工作方式上看，可以划分为两大块：

1. 边缘部分： 由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，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）。
   

2.1 互联网的边缘部分

• 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统 (end system)。

• 端系统在功能上可能有很大的差别，小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头。大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个 ISP。

• 端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：

  • 客户-服务器方式（C/S 方式）
    即Client/Server方式，简称为 C/S 方式。
  • 对等方式（P2P 方式）
    即 Peer-to-Peer方式 ，简称为 P2P 方式。

2.1.1 客户-服务器通讯方式

• 客户 (client) 和服务器 (server) 都是指通信中所涉及的两个应用进程。
• 客户—服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。
• 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。
  

2.1.2 对等连接通讯方式

• 对等连接 (peer-to-peer，简写为 P2P) 是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。
• 只要两个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。
• 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
  

2.2 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。
• 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个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。
• 在网络核心部分起特殊作用的是路由器 (router)。

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。

• 互联网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在互联网的边缘部分。
• 互联网核心部分中的路由器之间一般都用高速链路相连接，而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接。
• 主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。

3. 分组交换

3.1 分组交换的概念

• 分组交换则采用存储转发技术。
• 在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。
  
  
  

3.2 分组交换的过程

• 每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。
• 分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。
• 每个分组在互联网中独立地选择传输路径。
• 用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。
  
  分组交换示意图

3.3 分组交换的特点

• 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
  以分组作为传送单位，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。

3.4 分组交换的问题

• 分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。
• 分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。