网络基础——第一章 发展历程和基本概念

1.网络

网络是由结点和链路组成的。

结点：计算机、集线器、交换机、路由器等设备。

链路：连接它们的物理媒介。

网络示意图

2.互连网

网络和网络之间用路由器连接起来，称为互连网。

互连网示意图

3.主机

与网络相连接的称为计算机称为主机，由于其他设备也有cpu，因此主机不止局限为PC，还可以是ipad、手机、其他智能设备等。

4.互连网和互联网

互连网（internet）：泛指多个计算机网络互联而成的计算机网络，通信协议（通信规则）可以是任意的。

互联网（Internet）：注意大写。指的是当前全球最大、开放、由众多网络互连而成的特定互连网，它采用的是TCP/IP协议族作为通信的规则。

5.ISP

ISP：互联网网络服务提供商，大多数情况，ISP是商业性的如：中国电信、中国联通和中国移动。ISP可以从互联网管理机构申请到很多IP地址（主机必须由IP才能上网）同时拥有通信线路（大ISP自己建通信线路，小IP像电信公司租用通信线路）以及路由器等连网设备，因此需要缴纳费用才能申请ISP的IP，并通过ISP连入互联网。

6.上网

所谓上网就是指：通过某ISP获得IP地址接入互联网。

ISP分为主干ISP、地区ISP和本地ISP

主干：由专门公司创建和维持，服务面积最大，且拥有高速主干网。

地区：较小的ISP，他们在第二次，数据率低一些。

本地：直接给用户提供服务。它可连到地区ISP、也可以是主干ISP。绝大多数用户都是连接到本地ISP，本地ISP可以是一个仅仅提供互联网服务的公司，也可以是一个拥有网络并像自己雇员提供服务的企业，或者是一个运行着自己网络的非盈利机构如大学。

多ISP连接的网络

7.IXP

IXP作用是允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要在通过第三个网络来转发分组。如下图

IXP连接的地区ISP

这样的好处是加快了传输的速度，数据走IXP不经过主干ISP，不收费，而要走主干ISP会收取一定的费用。

典型的IXP由一个或多个网络交换机组成，许多ISP连接到这些网络交换机的端口上。IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机，这些网络交换机用局域网连接。

8.互联网的组成

互联网分为两大块：边缘部分和核心部分。

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。

核心部分：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）。

互联网的边缘部分和核心

9. 边缘部分

          就是指互联网上的所有主机。这些主机又称为端系统。端系统在功能上有很大的差别，可以是个人、单位，利用核心部分所提供的服务，使众多的主机之间能够互相通信并交换或分享信息。

主机A和主机B通信，指的是A的某个程序和B的某个程序相通信。

通信方式：客户-服务器方式（C/S方式）、对等方式（P2P方式）。下面分别对这两种方式进行介绍。

客户-服务器方式：

这种方式互联网上最常用，也是传统的方式。我们在上网发送电子邮件和网络查找资料时都是客户-服务器方式。

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的服务和被服务的关系。

客户-服务器方式

A运行的是Client客户端程序，而B运行的是Server服务器程序，A向B发送服务请求，B向A提供服务。

Client客户端程序

1.被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（网络请求）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。

2.不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统

Server服务器程序

1.专门用来提供某些服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。

2，系统启动后即自动调用并一直不断的运行着，被动的等待接受来自各地的客户端的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户的程序的地址。

3.一般需要有强大的硬件和高级的操作系统的支持。

4.客户和服务器建立通信关系后，通信是双向的，客户和服务器都可以发送和接受数据。

需要注意的是

Client通常指客户端软件，server常称指服务器软件，但很多资料中client指的是客户机，也就是运行客户端软件的计算机，server也是同理，需要根据上下文进行区分。

对等连接：（peer-to-peer）（p2p）

指两台主机通信时并不区分哪一个是服务请求放，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），它们就可以进行平等的、对等的连接通信。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。因此这种工作方式称为P2P。可以理解为从本质上还是客户-服务器的方式，只是对等连接的每台主机即是服务器也是客户端。

对等的连接方式（P2P）

10. 网络核心：

网络核心向网络边缘中大量主机提供连通性，时边缘部分中计算机可以向其他的主机进行通信。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用计算机（不叫主机），作用是实现分组交换，转发收到的分组。

11. 交换的概念：按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

如电话，电话在使用的过程中，使用了交换系统（电路交换系统）。使用的时候先拨号，请求建立连接，当被叫用户听到交换机送来的振铃音并摘机后，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通道。这条通道保证了双方通话时所需的通信资源，而这些资源在双方通信时不会被其他用户占用。这样主叫端和被叫端就能互通电话，通话完毕后，交换机释放刚才使用的这条物理线路，就是把刚才占用的资源还给电信网，

这种方式必须经过：建立连接（占用通信资源）——童话（一直占用通信资源）——释放连接，三个步骤的方式称为电路交换。

如果资源被占用，用户拨打时就会出现忙音。这就是我们的电话系统。

因此我们知道交换机的使用，减少了线路的数量。

交换系统

当然我们的电话已经连接市话交换机，这个建立时专线，而交换机之间大量的终极线路才是需要交换的资源，电路交换的特点就是，通话的全部时间内，通话两端的用户始终占用着通信资源。

电话通信过程

电路传输的效率：电路的传输效率一般不到百分之10到百分之1，被占用的过程中大部分时间资源都是空闲的。

12.分组交换

分组交换采用存储转发技术，它把一个报文划分为几个分组再进行传送，通常我们需要把发送的整块数据称为一个报文（message）。在发送报文之前，先把较长的报文划分为一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为1024bit，在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组。分组又称为包，而分组的首部也称为包头。分组是在互联网中传送的数据单元，分组中的首部非常重要，正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要的控制信息，每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确的交付到分组传输的终点。

分组传输示意图

位于网络核心和网络边缘的路由器都是计算机，但他们的作用却不一样。

主机是为用户进行信息处理的，并可以和其他主机通过网络交换信息。

路由器则是用来转发分组的，或叫分组交换。路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的借口转发出去，把分组交换给下一个路由器。这样一步一步地以存储转发的方式，把交换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便，使的转发表能在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

网络链路构成

当b图中主机H1向主机H5发送数据。主机H1先将分组逐个发往与它直接相连的路由器A。此时，除链路H1——A外，其他通信链路不被目前通信的双方所占用。需要注意的时，即使时H1——A，也只是当分组正在此链路上传送时才被占用。在各分组传送之间的空闲时间，链路H1——A仍可为其他主机发送的分组所用。

路由器A把主机H1发来的分组存入缓存。假定从路由器A的转发表中查出应把该分组转发到链路A——C。于是分组就传送到路由器C，当分组正在链路A——C传送时，该分组并不占用网络其他部分的资源。

路由器C继续查出应转发到E路由器，当分组到达路由器E，路由器E就直接把最后的分组交给主机H5。

在网络中可同时由多台主机同时进行通信，如主机H2可经过路由器B和E与主机H6通信。

需要注意的时，路由器暂时存储的是一个个短分组，而不是整个的长报文，短分组暂存在路由器的存储器（内存）中而不是存在于磁盘中，这就保证了较高的转换速率。

互联网可允许很多主机通信进行通信，而一台主机中的多个进程也可以和不同的主机中的不同的进程进行通信。

分组交换在传送数据之前不必占用端到端链路的通信资源，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。分组在传输时就一段段的断续占用通信资源，省去了建立连接和释放连接的开销，提高数据传输效率。

互联网采用专门的措施来保证数据的传送具有非常高的可靠性。当落网中某些结点或链路突然出现故障时，在各路由器中运行的路由选择协议能够自动找到转发分组最合适的路径。

综上，采用存储转发的分组交换，实质上时采用了在数据同i性能过程中断续（或动态）分配传输带宽的政策。这对转送突发方式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高。

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。

缺点：

分组转发需要排队，会有一定的时延。无法保证通信时端到端所需的宽带。

必须携带控制信息，造成了一定的开销，需要专门的管理和控制机制。

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送。

报文交换——整个报文先传送到相邻结点， 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（这只是整个报文的一部分） 传送到相邻结点， 存储下来后查找转发表， 转发到下一个结点。

三种交换方式