【计网】互联网的组成

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互联网(Internet)：它是一个专有名词，是一个特定的互连网，它是指当下全球最大的、最开放的、由众多网络相互连接而形成的特定的的互连网，采用TCP/IP协议族作为通信规则。

一、互联网的组成部分

从互联网的工作方式看，互联网可以分成两部分：

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，用来进行通信和资源共享的。
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是用来连接各个边缘部分，使其能够进行通信和资源共享的。

二、互联网的边缘部分

1. 边缘部分的定义

互联网的边缘部分是指连接到互联网的所有终端设备和用户设备。这些设备包括个人计算机、智能手机、路由器、交换机等。边缘部分的主要功能是与核心网络进行交互，提供用户访问互联网的能力。

2. 边缘设备的类型

终端设备：如个人电脑、智能手机、平板电脑等，用户通过这些设备访问互联网。
网络设备：如路由器、交换机等，负责数据的转发和管理，确保数据在网络中的流动。

3.端系统

端系统是指在网络中直接与用户交互的设备，它由终端设备和网络设备组成。通常用于发送和接收数据。端系统可以是用户的计算机，智能手机，服务器等。

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。

4.互联网边缘的端系统之间的通信方式

4.1 客户—服务器方式(Client/Server方式，简称C/S方式)

客户和服务器

1. 基本概念

客户端（Client）：客户端是发起请求的设备或程序，通常是用户使用的终端设备，如个人电脑、智能手机或应用程序。客户端向服务器发送请求以获取服务或资源。注意区分：客户端有时候会直接称为客户，此时它表示的不是人
服务器（Server）：服务器是提供服务的设备或程序，通常是运行在强大计算机上的软件。服务器接收来自客户端的请求，并处理这些请求，然后返回相应的数据或服务。
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。（这里的双向指的是客户端和服务器都可以给对方发信息，客户端发请求，服务器回应请求）

2. 工作流程

客户-服务器模型的工作流程通常如下：

请求发送：客户端向服务器发送请求（例如，浏览器请求网页）。
数据传输：请求通过客户端的网络设备（如路由器）发送到互联网的核心部分。在核心部分，数据包经过多个路由器和交换机，最终到达目标服务器。
服务器处理：服务器接收到请求后进行处理，并准备响应数据。
响应返回：服务器将响应数据通过互联网的核心部分发送回客户端。数据包同样经过多个网络设备，最终到达客户端。

3. 示例

让我们通过一个简单的例子来理解客户-服务器方式：

例子：访问网页

客户端：用户在浏览器中输入“www.example.com”。
请求：浏览器（客户端）向“www.example.com”的服务器发送HTTP请求，请求获取该网页的内容。
服务器：网站的服务器接收到请求，查找所请求的网页内容（如HTML文件、图片等）。
响应：服务器将网页内容发送回浏览器，浏览器接收到数据后，将其渲染为用户可以查看的网页。

4. 特点

(1)对于客户端

被用户调用后运行，在通信时主动向远端服务器发起通信（请求）。因此，客户端必须知道服务器的地址
不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统

(2)对于服务器

是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远端或本地客户的请求。
系统启动后服务器就会一直运行，被动地接收来自各地的客户端的通信请求，故服务器不需要知道客户端的地址
一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持

(3)客户端程序和服务器程序的通信关系建立之后，通信可以是双向的，客户端程序和服务器程序都可发送和接收数据。

5. 应用场景

客户-服务器模型广泛应用于各种网络服务中，包括：

Web服务：如浏览网页、在线购物等。
电子邮件：如使用邮件客户端（如Outlook）发送和接收邮件。
文件共享：如使用FTP服务器上传和下载文件。

6. 总结

客户-服务器方式是一种高效的网络架构，允许多个客户端通过网络与服务器进行交互。客户端发起请求，服务器处理请求并返回结果。这种模型的优势在于资源的集中管理和系统的可扩展性。

4.2 对等连接方式(Peer to Peer方式，简称P2P方式)

1.基本概念

对等体（Peer）：在对等网络中，每个节点既可以是客户端也可以是服务器。对等体能够自主地与其他对等体进行通信，共享资源和提供服务。
对等网络（P2P Network）：一种去中心化的网络结构，节点间的通信不需要经过中心服务器，所有节点都是平等的，并且可以直接相互通信。
注意：
- 中心服务器是属于互联网边缘部分的，对等连接方式的通信还是需要经过互联网的核心部分的。
- （1）中心服务器通常位于互联网的边缘部分，它们为客户端提供各种服务，如Web服务、电子邮件服务、文件存储服务等。（2）在客户机-服务器模型中，中心服务器是一个重要的组件，它存储数据并提供对这些数据的访问。（3）中心服务器可以是一个数据中心的一部分，该数据中心可能包含大量的服务器，用于处理大量的网络请求。
- （1）对等连接方式（P2P）不需要中心服务器来直接参与文件的传输，但仍然需要互联网的核心部分作为通信的介质。（2）在P2P网络中，节点之间直接通信，但这些通信仍然依赖于互联网的核心网络设施，如路由器和交换机，来传输数据包。（3）P2P网络中的节点可能位于不同的地理位置，它们之间的通信需要通过互联网的核心部分进行路由和转发。（4）即使P2P网络不依赖于中心服务器进行文件传输，但在某些情况下，如混合型P2P网络，中心服务器可以用来维护节点列表、辅助节点发现和初始化连接。

2.工作流程

对等连接模型的工作流程通常如下：

节点发现：对等体首先需要找到其他对等体的存在。这可以通过多种方式实现，如广播消息、使用已知节点列表或专门的跟踪服务器。
直接通信：一旦对等体发现了其他对等体，它们就可以直接建立通信连接。这与传统的客户-服务器模型不同，传统模型中客户端总是通过服务器进行通信。
资源共享和服务提供：对等体之间可以直接共享文件、处理器周期或其他资源，而不需要一个中央协调者。

3.示例

让我们通过一个简单的例子来理解对等连接方式：

例子：文件共享
- 对等体 A 想要下载一个文件，它会搜索网络中是否有其他对等体拥有该文件。
- 一旦找到了拥有该文件的对等体 B，A 会直接从 B 下载文件，而不是从一个中心服务器下载。
- 同时，B 也可以从 A 或其他对等体下载文件，或者将自己的文件共享给其他对等体。

4.特点

对等体之间是平等的关系，每个节点都可以既是客户端又是服务器。
网络的去中心化使得对等网络更加健壮，不容易因为单个节点的故障而导致整个网络的崩溃。
对等网络可以实现高效的资源利用，因为资源分布在多个节点上，而不是集中在少数几个服务器上。

5.应用场景

对等连接方式广泛应用于各种网络服务和应用中，包括：

文件共享：如 BitTorrent 协议，用于大规模的文件分发。
即时通讯：如 Skype，利用对等网络进行语音和视频通话。
分布式计算：如 SETI@home 项目，利用全球志愿者的计算机进行科学计算。

6.总结

对等连接方式提供了一种去中心化的网络架构，允许节点之间直接通信和资源共享。这种方式提高了网络的健壮性和资源利用率，但也带来了安全性和管理上的挑战。

三、网络交换技术

1.网路交换技术

1.1定义

网络交换技术是指在计算机网络中，通过特定的交换机制将数据从一个设备传输到另一个设备的过程。这个过程涉及数据的分割、传输路径的选择、数据的转发和重组等步骤。网络交换技术的主要目标是提高数据传输的效率、减少延迟、优化网络资源的利用和确保数据的可靠性。

1.2 网络交换技术有以下几种：

电路交换
分组交换
报文交换
虚拟电路交换
多协议标签交换

此处只展开介绍前三种。

2.电路交换

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3.分组交换

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4.报文交换

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四、互联网的核心部分

互联网的核心部分是由多个网络和路由器组成的。这些网络通过路由器相互连接，确保数据能够从一个网络传输到另一个网络，实现全球范围内的信息交流。互联网的核心架构包括了不同的自治系统（AS）和多个路由器，它们一起确保数据能够高效、稳定地流动。下面是对这一概念的进一步解释：

网络的组成： 互联网实际上是由多个不同的自治系统（Autonomous Systems，AS）组成的，每个自治系统可能代表一个组织、服务提供商或大型企业的数据中心。每个自治系统都有自己的网络和设备，用于管理数据的传输。每个网络本身又由各种设备（如计算机、交换机、路由器）组成。
路由器的作用： 路由器在互联网上扮演着至关重要的角色。它们是网络之间的“中介”，负责确定数据从一个网络传输到另一个网络的最佳路径。路由器使用路由表和路由协议（如BGP——边界网关协议）来动态决定数据包的传输路径。
全球互联： 互联网的核心部分由不同的网络通过路由器相互连接，这样就可以形成一个全球范围内的信息流动系统。无论你身处何地，借助路由器和这些跨越全球的网络，你的数据可以迅速传输到世界各地。路由器确保数据包能够从源头网络准确地传送到目标网络。
数据流动： 在互联网中，数据是以包（packet）的形式进行传输的，这些包会通过多个路由器跨越多个网络，到达最终目的地。每一个路由器都可能处理多个网络之间的连接，确保数据能根据当前网络状态和最佳路径进行动态选择。