第一章考察内容为计算机网络第8版的1.3 1.5 1.6和1.7节
1.3 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:
边缘部分: 由所有连接在互联网上的主机组成,由用户直接使用,用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。实现网络的共享的特性。
核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组成,为边缘部分提供服务(提供连通性和交换)。实现网络的连通性特性。
1.3.1 互联网的边缘部分
处在互联网边缘部分的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差别:
小的端系统:普通个人电脑、智能手机、网络摄像头等。
大的端系统:非常昂贵的大型计算机或服务器。
端系统的拥有者:可以是个人、单位、或某个 ISP。
“计算机之间通信”的含义:主机A上的一个进程跟主机B上的一个进程进行通信
端系统之间的两种通信方式:
1.客户/服务器方式(Client / Server 方式) 简称为 C/S 方式
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
客户与服务器的通信关系建立后,通信可以是双向的,客户和服务器都可发送和接收数据。
客户程序
1.被用户调用后运行,需主动向远地服务器发起通信(请求服务)。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。
服务器程序
1.专门用来提供某种服务的程序,可同时处理多个客户请求。
2.一直不断地运行着,被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。不需要知道客户程序的地址。
3.一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。
2.对等方式(peer to peer 方式) 简称p2p方式
两台主机在通信时不区分服务请求方和服务提供方。 只要都运行了 P2P 软件,就可以进行平等的、对等连接通信。
对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式,只是对等连接中的每一个主机既是客户又是服务器。
1.3.1 互联网的核心部分
典型交换技术包括: 电路交换 分组交换 报文交换 等。
互联网的核心部分采用路由器的分组交换技术。
1)电路交换
电路交换主要是用来进行电话之间的通信的,也就是互相通电话。不用于计算机之间的通信因为效率实在是太低了!!!
电线对的数量与电话机数量的平方(N2)成正比。例如:5 部电话机两两直接相连,需 10 对电线。N 部电话机两两直接相连,需 N(N –1)/2 对电线。
当电话机的数量增多时,使用电话交换机将这些电话连接起来。每一部电话都直接连接到交换机上,而交换机使用交换的方法,让电话用户彼此之间可以很方便地通信。 这种交换方式就是电路交换 (circuit switching)。
电路交换特点
分为三个阶段:
1.建立连接:建立一条专用的物理通路(占用通信资源)。
2.通话:主叫和被叫双方互相通电话(一直占用通信资源)。
3.释放连接:释放刚才使用的专用的物理通路(归还通信资源)。
这种必须经过“建立连接(占用通信资源)、通话(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。通过上述三个阶段的描述我们可以得出:
电路交换特点:通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。
计算机数据具有突发性,这导致在传送数据时,通信线路的利用率很低,真正用来传送数据的时间往往不到 10%,甚至不到 1%,已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。
2)分组交换
采用存储转发技术。在发送端,先把较长的报文划分成更小的等长数据段。
数据段前面添加首部就构成了分组 (packet)。分组又称为“包”,而分组的首部也可称为“包头”。
分组在互联网中的转发
根据首部中包含的目的地址、源地址等重要控制信息进行转发。
每一个分组在互联网中独立选择传输路径。
位于网络核心部分的路由器负责转发分组,即进行分组交换。
路由器要创建和动态维护转发表。
路由器处理分组的过程
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。 |
分组交换带来的问题
排队延迟:分组在各路由器存储转发时需要排队。
不保证带宽:动态分配。
增加开销:各分组必须携带控制信息;路由器要暂存分组,维护转发表等。
3)报文交换
在 20 世纪 40 年代,电报通信就采用了基于存储转发原理的报文交换 (message switching)。 但报文交换的时延较长,从几分钟到几小时不等。 现在报文交换已经很少有人使用了。
三种交换方式的比较:
1.若要连续传送大量的数据,且其传送时间远大于连接建立时间,则电路交换的传输速率较快。
2.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提高整个网络的信道利用率。
3.由于一个分组的长度往往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。