计算机网络浅谈——概述

一、计算机网络

       21世纪是一个以网络为核心的信息时代，有三大类大家很熟悉的网络，即电信网络、有线网络、计算机网络。

       计算机网络由若干个结点和连接这些结点的链路组成。

       结点：计算机、集线器、交换机、路由器等。

       计算机网络图示：

       图中有四个结点，三条链路。

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二、互连网

       泛指由多个计算机网络互连（通过路由器互连）

       网络把许多计算机连接在一起，二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称为主机。
       internet（互连网）：泛指由多个计算机网络互连而成的计算机网络，
       Internet（互联网）：当前全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的特定的互连网，采用TCP/IP协议族作为通信规则。

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三、多层次ISP结构的互联网

       ISP：互联网服务提供商，例如：中国电信、中国联通、中国移动
、

       功能：
       一是接入服务，即帮助用户接入Internet；
       二是导航服务，即帮助用户在Internet上找到所需要的信息；
       三是信息服务，即建立数据服务系统，收集、加工、存储信息，定期维护更新，并通过网络向用户提供信息内容服务。

       从原理上来讲，只要每一个本地ISP都安装了路由器连接到某个区域的ISP，而每个区域的ISP也有路由器连接到主干ISP，那么在这些相互连接的ISP的共同合作下，就可以完成互连网中的所有分组转发的任务。
       但是，随着互联网上的数据流量急剧增长，人们开始研究如何更快地转发分组，以及如何更加有效地利用网络资源，于是，诞生了互联网交换点IXP。

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四、互联网交换点IXP

       作用：允许两个网络直接相连并交换分组，而不需要再通过第三个网络来转发分组。
       图中右方两个地区ISP通过一个IXP连接起来，这样，主机A向主机B交换分组时，就不必再经过最上层的主干ISP。
       这样就使互联网上的数据流量分布的更加合理，同时减少了分组转发的迟延时间，降低了分组转发的费用。

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五、互联网的组成

       从工作方式来看，互联网可以划分为边缘部分和核心部分。

       边缘部分：

       又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，用来进行通信和资源共享。
       处在边缘部分就是连接在互联网上的所有主机。这些主机也成为 “端系统”。
       小的端系统可以是个人电脑，打的端系统则可以是一台大型计算机。

       我们常说的：“主机A和主机B在进行通信”，实际上指的是运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信。

       在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可以划分为两大类：
       ①客户-服务器方式（C/S方式）

       客户向服务器发出服务请求，服务器向客户提供服务。
       特点
       客户程序：
       被客户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信。（需要知道服务器程序的地址）
       不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
       服务器程序：
       是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或者本地客户的请求。
       系统启动后即自动调用并一直不断的运行着，被动的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）。
       一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。

       ②对等方式（P2P方式）

       只要两台主机都运行了对等连接软件，就可以进行平等的、对等连接通信。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。
       对等通信方式本质上仍是使用客户-服务器方式，知识对等连接中的每一台主机既是客户又是服务器。
       对等连接工作方式可支持大量对等用户同时工作。

       核心部分：

       在核心部分中起特殊作用的路由器，它是一种专用计算机，可以实现分组交换，任务是转发收到的分组（核心部分最重要功能）。

       电路交换：
       简单来说就是建立连接→通话→释放资源。
       在电话问世后不久，人们发现若要让N部电话连接起来，就需要N(N-1)/2对电话线，这种连接方式需要电话线数量太大，于是人们意识到，需要一种方式让每台电话能够更加方便地和另一台电话通信，于是便有了电话交换机。
       当电话机的数量够多时，与电话交换机连接在一起，便构成了电信网。
       而我们在使用电路交换通话之前，必须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，就建立了一条专用的物理通路。这条通路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并不会被其他用户占用。通话结束后，交换机释放刚才使用的这条专用的物理通路。

       A跟B打电话，B接通后，便成立了一条通路并且该通路里的资源不会被其他人占用，通话结束，通路被释放。

       电路交换的一个特点便是在通话的全部时间里，通话的两个用户始终占用端到端的资源。

       分组交换
       分组交换采用存储转发的技术。
       我们把整块数据成为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报文划分成一个个更小的数据段，在每个数据段的前面加上一些必要的控制信息组成首部，这就构成了一个分组。
       分组是在互联网中传送的数据单元，分组的首部包含了诸如目的地之和源地址等重要控制信息，这样每一个分组才能在 互联网中独立地选择传输路径。
       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资源。这样省去了建立连接和释放资源的开销，效率更高。
       互联网采用了专门的措施，保证了数据的传送具有非常高的可靠性，当网络中某些结点或链路突然故障时再路由器中运行的路由选择协议能够自动找到转发分组最适合的路径。
       分组交换实际上是采用了在数据通信过程中断续分配传输宽带的策略。

       分组交换的优点：
       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：以分组为传送单位，可以不先建立连接就能想其他主机发送分组。
       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。

       但分组交换也带来一些问题，例如，分组在各路由器存储转发时需要排队，这会造成一些时延。又例如，各个分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销。

       三种交换比较图：

       可以看出，若要连续传送大量的数据，且传送时间远大于连接建立时间，则电路交换的传输速率最快。

       互联网的核心部分是由许多网络和把他们互连起来的路由器组成的，而主机处于边缘部分。在互联网核心部分的路由器之间一般用高速链路相连，而在网络边缘的主机接入核心部分则使用低速率的链路相连接。
       主机是为用户进行信息处理的，并且可以和其他的主机通过网络交换信息。
       路由器则是用来转发分组的，进行分组交换。

       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，按照首部的目的地址，找到合适的接口转发出去。

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六、计算机网络指标

       速率
       指的是数据的传送速率。
       单位：bit/s
       K=10³ M=10⁶ G=10⁹ T=10¹² P=10¹⁵ E=10¹⁸ Z=10²¹
       4*10¹⁰=40G

       带宽
       在计算机网络中，带宽表示网络中某通道传送数据的能力。
       单位：bit/s

       吞吐量
       单位时间内通过某个网络的市级 的数据量。

       时延
       数据从网路的一端到另一端所需的时间
       ①发送时延（传输时延）
       主机或者路由器发送数据帧所需要的时间。
       发送时延=数据帧长度（bit）/发送速率（bit/s）
       ②传播时延
       是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。
       传播时延=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）
       ③处理时延
       主机或者路由器在收到分组时要花费一定时间进行处理。
       ④排队时延
       分组经过路由器要先在输入队列排队，等待转发。
       总时延
       发送时延+传播时延+处理时延+排队时延。

       假定有个长度为 100MB的数据库，在带宽1Mbit/s的信道上连续发送，发送时延=100*2²⁰*8/10⁶。