1.3 互联网的组成

思维导图：

 前言：

我的笔记：

#### 一、总览
- **互联网的结构**：
  - 具有全球覆盖和复杂的拓扑结构。
  - 即便结构复杂，还是可以从工作方式上简化为两大部分：边缘部分和核心部分。

#### 二、边缘部分
- **定义**：包含所有连接在互联网上的主机。
- **用户交互**：这是用户直接使用的区域，用于通信和资源共享。
- **主要模型**：客户-服务器模型，定义了服务请求方（客户）和服务提供方（服务器）之间的交互关系。

#### 三、核心部分
- **定义**：由众多网络和连接这些网络的路由器组成。
- **功能**：为边缘部分提供服务，即确保不同网络之间的连通性和信息交换。

#### 四、客户-服务器模型
- **应用场景**：是互联网中常见的交互模式，例如，用户通过浏览器访问网站来查找资料。

#### 五、重要性
- **理解两大部分的关系**：理解边缘和核心部分的功能和相互关系是理解互联网工作原理的关键。
- **客户-服务器模型的基础性作用**：为理解和设计网络应用提供了框架。

#### 六、图示理解
- **图1-6**：对比了互联网的边缘部分与核心部分，并突出了客户和服务器之间的关系。

#### 注意事项
1. **深入理解**：边缘部分与核心部分的功能和关系。
2. **核心概念**：客户-服务器模型在互联网中的应用和重要性。

通过以上这样的笔记结构，我可以清晰地理解并回顾互联网的基本组成和工作原理。

 

1.3.1 互联网的边缘部分 

我的笔记：

### 1.3.1 互联网的边缘部分

#### 1. 定义与组成
- **边缘部分**：由所有连接在互联网上的主机或端系统组成。
- **端系统**：即互联网的末端，可以是个人电脑，智能手机，网络摄像头或大型计算机等。

#### 2. 通信
- **通信实体**：实际上是端系统上的进程进行通信，简称为“计算机之间通信”。

#### 3. 通信方式
- **客户-服务器方式（C/S方式）**
   - **客户**：服务请求方，主动发起通信。
   - **服务器**：服务提供方，响应客户的请求。
   - **客户程序特性**：被用户调用后运行，不需要特殊硬件和复杂操作系统。
   - **服务器程序特性**：一直运行着，可以处理多个请求，需要强大的硬件和高级的操作系统。
   - **通信关系**：可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。
- **对等连接方式（P2P方式）**
   - **特性**：两台主机通信时不区分服务请求方和服务提供方。
   - **应用**：主机可运行P2P软件进行平等的、对等连接通信，支持大量对等用户同时工作。

#### 4. 用户与软硬件的关系
- **用户、客户、服务器**：用户指使用计算机的人；客户和服务器既可以指软件（计算机进程），也可以指硬件（运行相应程序的机器）。

#### 5. 附加知识点
- **P2P软件**：允许用户下载对方硬盘中的共享文档。
- **服务请求与提供**：即使在P2P方式中，实际的服务请求和提供关系仍然存在，但每台主机都可以是客户，也可以是服务器。

### 要注意的地方
1. 在讨论和学习中，要明确客户、服务器是指软件（进程）还是硬件（机器）。
2. 客户-服务器方式和对等连接方式都利用网络核心部分所提供的服务。
3. 了解和区分不同端系统和不同通信方式中的服务请求方和服务提供方。
4. 了解客户程序和服务器程序的主要特点和运行方式。

 

1.3.2 互联网核心部分 

前言：

笔记：

### 1.3.2 互联网的核心部分

#### 1. **核心部分的重要性与复杂性**
   - 核心部分是互联网中最为关键和复杂的部分，负责维护网络的连通性。
   - 它必须向网络的边缘部分提供稳定和高效的连通性服务，确保所有主机都能进行有效通信。

#### 2. **路由器的关键角色**
   - 路由器是核心部分中的关键设备，承担着分组交换（packet switching）的实现。
   - 它是专用的计算机，负责转发收到的分组，保障网络数据的流通。
   - 路由器通过动态地选择最合适的转发路由，确保网络通信的灵活性和可靠性。

#### 3. **分组交换与电路交换**
   - 在深入了解分组交换之前，需掌握电路交换的基本概念。
   - 这两种交换模式在网络通信中各有应用，理解其差异有助于更好地把握网络通信的原理。

#### 4. **总结**
   - 互联网的核心部分和路由器的存在和功能，以及它们如何支持网络连通性和分组交换，是理解网络运作的基础。
   - 路由器和分组交换技术的理解是学习网络通信的基础，它们共同支持着网络中数据的高效、灵活、迅速和可靠的传输。 

这样的笔记能够较好地概括核心概念，并突出了核心部分、路由器和分组交换的重要性与功能。

 1.电路交换的主要特点（这里考了不会）

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电路交换是传统电话网络中使用的技术，其主要特点如下：

1. 专用通道：在通信双方之间建立一个专用的物理通路（电路），在整个通话期间，这个通路被双方专用。

2. 通信前的建立阶段：通信开始之前必须先建立连接，这个过程涉及路径的选择和电路的建立。

3. 固定带宽：在建立的电路中，带宽是固定的，无论是否有数据传输，分配给通话双方的带宽是保留的。

4. 延迟小：一旦电路建立，信息传输的延迟非常小，因为信息不需要通过复杂的路由。

5. 无数据包：不像分组交换技术，电路交换不使用数据包，数据通过建立好的电路连续传输。

6. 效率低：电路建立后，即使没有数据传输，资源也会被占用，这在数据通信量小的情况下会造成资源浪费。

7. 稳定的服务质量：由于通信双方在整个通信过程中占用了固定的传输带宽，因此可以保证稳定的服务质量（QoS）。

8. 故障恢复能力差：如果在通信过程中电路中的任何一部分出现故障，整个通信会中断，并且必须重新建立电路。

电路交换的这些特点使其非常适合实时的、连续的通信服务，比如传统的电话通话。但随着数据通信的飞速发展和互联网的普及，效率更高、更加灵活的分组交换技术逐渐取代了电路交换在数据通信中的地位。

课后习题：

1-03 试从多个方面比较电路交换、报文交换和分组交换的主要优缺点。

答案：

（1）电路交换：端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高

（2）报文交换：无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速

（3）分组交换：具有报文交换之高效，迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好

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为什么有电路交换？

 电路交换机：

笔记：

1. **电路交换的需求与发展**
   - 由于两两直接连接的电话机所需电线数量巨大，人们发明了电路交换来优化这一问题。
   - 电话交换机应运而生，通过它，用户可以方便地进行通信。
   - 尽管电话交换机经过多次更新换代，但其核心交换方式仍然是电路交换。

2. **电路交换的工作原理**

   - 用户在通话前必须拨号建立连接。
   - 连接建立后，从主叫到被叫建立一条专用的物理通路，此通路在通话过程中不会被其他用户占用。
   - 通话结束后，交换机释放专用的物理通路，归还通信资源。
   - 电路交换包含三个步骤：“建立连接 → 通话 → 释放连接”。

为什么电脑之间不能用电路交换？

#### 3. **电路交换的资源占用**
   - 在通话的整个过程中，通话的双方始终占用端到端的通信资源。
   - 如果网络资源不足，用户会听到忙音，表示电信网无法接受用户的呼叫。
   - 电路交换的效率问题在计算机数据传输中尤为明显，因为大部分时间，已占用的线路都是空闲的。

#### 4. **电路交换与技术发展**
   - 初期的电路交换主要在交换机上进行，随着技术的发展，采用了多路复用技术，电路交换的概念扩展到各种传输媒介中。
   - 频分多路、时分多路、码分多路等多路复用技术允许电路交换更加灵活和多样。

#### 5. **总结**
   - 电路交换是一种经典且基础的通信交换技术，它通过专用的物理通路确保了通话的稳定性。
   - 尽管电路交换在资源利用率方面存在问题，但它的发展和变化仍然对现代通信网络产生深远的影响。

2.分组交换的主要特点 

分组交换网络中的主要特点可以总结如下：

### 1. **分组传输**
   - 数据被划分成多个较小的数据包（分组），每个分组可以独立传输。
   - 分组中包含首部（header）信息，如源地址和目的地址等，以确保分组能够被正确地传输到目的地。

### 2. **存储-转发技术**
   - 分组在路由器中会被暂时存储，然后根据转发表被转发到下一个路由器或目的主机。

### 3. **动态路由**
   - 路由器之间会交换路由信息，以动态更新转发表，使得分组能够根据网络拓扑的变化选择最优路径。

### 4. **高效率和高可靠性**
   - 分组交换不需要占用端到端的通信资源，只在传送时占用链路资源，省去了建立连接和释放连接的开销，提高了数据传输效率。
   - 如果网络中的某个节点或链路失败，路由选择协议能够自动找到最合适的路径，保证了数据传输的可靠性。

### 5. **边缘和核心**
   - 主机位于网络的边缘部分，主要进行信息处理，并通过网络交换信息。
   - 路由器位于网络的核心部分，负责转发分组。

### 6. **报文和分组**
   - 完整的数据传输单位被称为报文，它会被划分为较小的分组进行传输。
   - 每个分组由首部和数据段组成。

### 7. **多任务通信**
   - 在网络中，可以有多台主机同时进行通信。
   - 单个主机中的多个进程也可以各自与不同主机中的进程进行通信。

### 8. **历史**
   - ARPANET通常被认为是分组交换网络的先驱。
   - 分组交换的概念最初由Baran在1964年提出。

你可以将以上各点用清晰、简洁的语言和布局整理到你的笔记中，以便更好地理解和记忆。

 分组交换的问题以及三种数据交换方式

在整理这段文字的笔记时，我们可以将主要概念和关键信息概括出来。

### 一、分组交换的问题与特点
- **问题**
  1. **时延**：在路由器进行存储转发时会有排队，导致时延。 
  2. **无法确保带宽**：分组交换无法像电路交换那样通过建立连接来保证通信所需的资源，导致无法确保端到端所需的带宽。
  3. **控制信息开销**：分组必须携带控制信息，造成开销。
  4. **需要专门的管理和控制机制**：整个分组交换网需有相应的管理和控制机制。

- **特点**
  1. **存储转发原理**：尽管基于古老的存储转发原理，分组交换通过计算机处理，使得分组的转发非常迅速。例如，ARPANET的端到端平均时延小于0.1秒。
  2. **新的交换技术**：实际上已变成一种崭新的交换技术。

二、交换方式比较
- **电路交换**：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（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。

优缺点总结：

### 三、交换方式的选择
- 如果要连续传送大量的数据，并且传送时间远大于连接建立时间，那么电路交换的传输速率较快。
- 报文交换和分组交换不需要预先分配传输带宽，因此在传送突发数据时可提高整个网络的信道利用率。
- 由于一个分组的长度往往远小于整个报文的长度，分组交换相较于报文交换具有更小的时延和更好的灵活性。

### 四、图1-13
- **图示比较**：描绘了电路交换、报文交换和分组交换的主要区别，A和D分别是源点和终点，B和C是中间结点。

### 五、其它信息
- **古代通信**：存储转发原理自古代邮政通信就有，20世纪40年代，电报通信采用了基于存储转发原理的报文交换。