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雪月书韵茶香

昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路


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计算机网络和分组交换

计算机网络和分组交换

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  • 计算机网络: 由若干结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成(参照维基百科)

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如,传送数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的和日益增长的应用

网络就在我们身边,我们使用移动网络与家人朋友打电话,使用蓝牙网络连接耳机无拘无束的享受动次打次,还有我们使用因特网浏览全球新闻资讯。

计算机网络中有很多概念 平时生活总我们不注意区分,就造成了,提起这个 东西时候:不就是计算机网络嘛,我熟的很,经常用的,让细聊又聊不出来个所以然。

互联网和互连网


  • 互连网:指在局部范围互连起来的计算机网络。(internet)
    网络把许多计算机连接在一起
    互连网则把许多网络通过路由器连接在一起
    任意把几个计算机网络互连起来(不管采用什么协议),并能够相互通信,这样构成的是一个互连网 (internet)
  • 互联网:指当今世界上最大的计算机网络。(Internet)
    由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则

哇哦!读音都一样,读出来谁知道你说的是哪个。

Across the Great Wall, we can reach every corner in the world

1987年9月20日,在北京国际汉语教师协会的王运丰教授和西德卡尔斯鲁厄大学维尔纳·措恩教授的主导下,中华人民共和国大陆地区与外界互联网创建了首个连接。而中国第一封成功对外发出的电邮则是在1987年9月14日发出,内容为“Across the Great Wall, we can reach every corner in the world”(越过长城,走向世界每个角落)。

在这封邮件发出之前我们中国的网络叫做互连网,发出去之后呢,就代表我们中国当时正式接入互联网。

互联网的应用不多聊,就聊一下今天你都拿着手机干嘛了:

王者打到星耀了,网购了一大堆零食,上12306看看车票,看到在支付宝买的基金债券跌了3%(心痛),五年前翻墙出去上网打夜市的照片又被扒拉出来~~~

在日常生活中,我们在使用互联网中不断加深了我们对互联网的认识。

互联网有两个不得不提的重要特点:

  • 连通性:
    在互联网上的用户之间都可以交换信息

--还记得我几年前CSDN发的帖子,到现在还有顺着网线找到我联系方式加我好友问我要资料

  • 共享:
    指资源共享

我经常在博客里面放电子书的资源,浏览我博客的人只要动一下鼠标就能下载我所发布的资源。

现在这时代,没空调没暖气还能忍,没网忍不了,网络已经融入到我们的生活当中密不可分。

互联网+ 将各行各业都通过网络相连,现在手机都能交水电燃气费,身体不舒服还能上APP问医生自己得了啥病,世界触手可及,动动手指就有人上门服务了。

要说互联网得好处说上三天三夜都不为过,可互联网也是有弊端的。

互联网具有匿名的特征,你无法确定与你相谈甚欢的网友是男是女,看个视频有的还是换脸的,照片能P下去50斤,疫情期间谣言数不胜数,都打着专家的旗号,散步谣言的都专家说:XXXXXX。网络暴力逼死人的,网上交易被骗,淘宝刷单整得像个传销,各种免费加好友送资料的,卖茶叶的···大家都经过了,谁还不是个有故事的人呢。

互联网是自由的,但也不是法外之地,除了相关部门对其的加强管理之外呢,还有我们也要加强对网络上信息的辨识能力,以及自我约束能力不要沉迷,不要当键盘侠。

互联网的标准化工作


所有互联网标准都以 RFC 的形式在互联网上发表

成为互联网正式标准要经过三个阶段

  • 互联网草案 (Internet Draft) ——有效期只有六个月。在这个阶段还不是 RFC 文档
  • 建议标准 (Proposed Standard) ——从这个阶段开始就成为 RFC 文档
  • 互联网标准 (Internet Standard) ——达到正式标准后,每个标准就分配到一个编号 STD xxxx。 一个标准可以和多个 RFC 文档关联

互联网的组成

从互联网的工作方式上看,可划分为两大块

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  • 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

由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


处在互联网边缘的部分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)

网络摄像头,超级计算机,自己的个人笔记本电脑,平板电脑都是端系统

“主机 A 和主机 B 进行通信”实际上是指:

“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”
即“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。
简称为“计算机之间通信”

端系统之间的通信方式划分


端系统之间的通信方式通常可划分为两大类

  • 客户-服务器方式(C/S 方式)
    即 Client/Server 方式,简称为 C/S 方式

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要我说它就是进程间服务与被服务方式,服务器是为客户机提供服务的,客户机向服务器发送请求,服务器响应客户机的请求。

当然客户机首先得知道服务器地址,服务器是被动响应,而且中间必须使用网络。

就像你们访问我的博客一样,先是知道我域名(域名指向就是我服务器地址),不管你有没有访问我博客,我博客程序是一直在我服务器上24小时不间断运行的,等待你来访问。

你先输入域名请求访问我的博客,然后我服务器响应你的请求,向你的电脑发送你所请求的页面网页代码,你电脑接受网页代码,浏览器解释代码向你展示你所请求的页面。

  • 对等方式(P2P 方式)

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即 Peer-to-Peer 方式 ,简称为 P2P 方式

指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方

两个主机都运行了对等连接软件 (P2P 软件) ,它们就可以进行平等的、对等连接通信

双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档

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

我们在使用迅雷 下电影时候 一般是C/S和P2P方式分时交替使用,(不都说P2P下载电影速度很快么,为毛我开了会员下电影还限速呢,几百k/s)

互联网的核心部分

⭐⭐⭐


网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性,使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信(即传送或接收各种形式的数据)

在网络的核心部分起特殊作用的是路由器

路由器是实现分组交换 (packet switching) 的关键构件,其任务是转发收到的分组,这是网络核心部分最重要的功能

  • 数据(信息)的三种交换方式

电路交换(Circuit Switch:CS)
分组交换(Packet Switch:PS
报文交换(Message Switch:MS)

  • 电路交换

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2 部电话机只需要用 1 对电线直接连接就能够互相通话

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。这种直接连接方法所需要的电线对的数量与电话机数量的平方( N2 )成正比

电话机的数量增多时,就要使用交换机来完成全网的交换任务

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。
所采用的交换方式就是电路交换 (circuit switching)

电路交换的特点:
	面向连接
	电路交换三阶段:
	1.建立连接:建立一条专用的物理通路,以保证双方通话时所需的通信资源在通信时不会被其他用户占用
	2.通信:主叫和被叫双方就能互相通电话
	3.释放连接:释放刚才使用的这条专用的物理通路(释放刚才占用的所有通信资源)

和打电话一样,我给老婆打电话,拨号过去等待,老婆接听(建立连接),我说你想吃蛋糕吗,要不要买点,老婆说 行,小一点就够吃(通信),挂断电话(释放连接)。

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我跟老婆在打电话时候,岳母给我打电话发现占线 ,又给老婆打过去还占线 ,这就是端到端的通信资源被占用。

电路交换的缺点:
计算机数据具有突发性
这导致在传送计算机数据时,通信线路的利用率很低
(用来传送数据的时间往往不到10%甚至1% )
  • 分组交换
    ⭐⭐⭐

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较短的固定长度的数据段

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分组交换网以“分组”作为数据传输单元

依次把各分组发送到接收端(假定接收端在左边)

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我们发现这分组交换的每一个分组都带一个首部。

这个首部里面有玄机,每一个分组的首部都含有地址等控制信息(这分组1从哪来到哪里去,贫僧自东土大唐而来,前往西天取经去)

这个分组路过分组交换网中的结点交换机,交换机根据首部里的地址信息。就把分组转发给下一个结点交换机,就这样几经周折 跨越千山万水,
唐僧求得真经(跳戏了),分组到底最终目的地。

接收端收到分组后剥去首部还原成报文

师徒四人见到了佛祖,唐僧就再也不需要对其他人说贫僧自东土大唐而来,前往西天取经去了。(这首部不去掉,留着过年呢)

最后,在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。
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PS:这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错,在转发时也没有被丢弃

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互联网核心部分中的路由器之间一般都用高速链路相连接,而在网络边缘的主机接入到核心部分则通常以相对较低速率的链路相连接

主机的用途是为用户进行信息处理的,并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的,即进行分组交换的

分组从A传送到B的过程
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  • 路由器

在路由器中的输入和输出端口之间没有直接连线

路由器处理分组的过程是:

把收到的分组先放入缓存(暂时存储);
查找转发表,找出到某个目的地址应从哪个端口转发;
把分组送到适当的端口转发出去

  • 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

同时分交换也带来一些问题:

分组在各结点存储转发时需要排队,这就会造成一定的时延

分组必须携带的首部(里面有必不可少的控制信息)也造成了一定的开销

分组交换是基于存储转发原理的,就是路由器先把经过的分组暂存到缓存,(注意这里,分组是需要经过很多个路由器的每个路由器都暂时存储,这所耗费的时间加起来 延迟可就不短了一般都是25ms以上,从这里我们还应该推测出来路由器内存大一点,可以支持的同时在线人数就多一点),然后再查询并且转发出去。

提一下报文交换,20 世纪 40 年代,电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换,报文交换的时延较长,从几分钟到几小时不等。
就冲这时延,这报文交换咱不学了,下一个。

还是看一下三种交换的比较吧

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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

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

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


标题:计算机网络和分组交换
作者:shuaibing90
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