互联网概述

一、因特网概述

  • network(网络):由若干个结点(node)和连接这些结点的链路(link),我们把直接连接计算机的网络称为物理网络,而且互联网是由物理网络集合构成的逻辑网络。

  • internet(互联网):泛指由多个计算机网络互联而成的网络(即“网络的网络”),这些网络之间的通信协议可以是任意的。

  • Internet(因特网):当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络,它采用TCP/IP协议簇作为通信的规则。其基础结构大体经历了三个阶段的演进:

因特网标准化工作:
1992年成立因特网协会ISOC对因特网进行全面管理,其中设有技术组织因特网体系结构委员会IAB负责因特网有关协议的开发。制定因特网的正式标准要经历一下4个阶段:因特网草案、建议标准(成为RFC文档)、草案标准、因特网标准。

第一阶段——从单个网络ARPANET向互联网发展,1969年第一个分组交换网ARPANET诞生,1983年TCP/IP协议成为ARPANET上的标准协议,标志着互联网的诞生。
第二阶段——建成了三级结构的因特网。1985年三级计算机网络NSFNET诞生,分为主干网、地区网和校园网(或企业网),并逐渐扩大使用范围。
第三阶段——逐渐形成了多层次ISP 结构的因特网。ISP即因特网服务提供者,1993年NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网替代。ISP可以从因特网管理机构申请到成块的IP地址,同时拥有通信线路以及路由器等联网设备。任何机构和个人只要向ISP交纳规定的费用,就可以从ISP得到所需的IP地址,并通过ISP接入因特网。

用户通过 ISP 上网

根据提供服务的覆盖面积大小及所拥有的IP地址数目的不同,ISP也分为不同的层次。第一层ISP被称为因特网主干网,并直接与其他第一层ISP相连,第二层ISP和一些大公司都是第一层ISP的用户。第二层ISP具有区域性或国家性覆盖规模,与少数第一层ISP相连接。第三层ISP又被称为本地ISP,只拥有本地范围的网络,一般是校园网或企业网,以及住宅用户和无线移动用户都是第三层ISP的用户。
现代因特网由于规模较大难以对其结构给出细致的描述。另外,一旦某个用户能够接入到因特网那么他就能够成为ISP。20世纪90年代由CERN开发的万维网(WWW)在因特网的广泛使用,促使因特网用户猛增。

基于ISP的三层结构因特网

二、因特网的组成

因特网拓扑结构十分复杂,但从功能上看,分为:
1、边缘部分:由所有连接在因特网的主机组成,这部分是用户直接使用的,运行各种用户直接使用的网络应用:电子邮件、web、网络游戏、文件传输等等…,又称为端系统
2、核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组成,向网络边缘中的大量主机提供连通性和数据交换

因特网的组成

边缘部分

我们说“主机A和主机B进行通信”,实际指运行在主机A的某个程序和运行在主机B的另一个程序进行通信,由于“进程”就是“运行着的程序”,因此可以说主机A的某个进程和运行在主机B的另一个进程进行通信,简称为“计算机之间的通信”

主机又被非正式划分为:客户机(Client)和服务器(Server)
网络应用程序的工作结构可以分为:

  • C/S架构
    C/S 架构是一种典型的两层架构,全称是Client/Server,即客户端/服务器端架构。其客户端包含一个或多个在用户的电脑上运行的程序,而服务器端有两种,一种是数据库服务器端,客户端通过数据库连接访问服务器端的数据;另一种是Socket服务器端,服务器端的程序通过Socket与客户端的程序通信。
    比如:微信/客户端QQ等是基于C/S架构。
  • B/S架构
    B/S架构的全称为Browser/Server,即浏览器/服务器架构。Browser指的是Web浏览器,极少数事务逻辑在前端实现,但主要事务逻辑在服务器端实现,Browser客户端,WebApp服务器端和DB端构成所谓的三层架构。B/S架构的系统无须特别安装,只要有Web浏览器即可。
    比如:IE浏览器/WEB端QQ等是基于B/S架构的。
    注:客户端QQ是基于C/S架构的,C-客户端:即下载好的QQ客户端,可以在本地处理一些自主问题而无需经过服务器的处理,S-服务器端:即你与其他人聊天时,你的聊天记录经过服务器的指定传送给对方,然后才能开始愉快的聊天。C/S需要用指定的工具(比如客户端),而B/S用浏览器进行网页操作就可以了,不需要下载指定登陆工具。
  • P2P架构
    P2P是英文Peer-to-Peer(对等)的简称,又被称为“点对点“。“对等”技术,是一种网络新技术,依赖网络中参与者的计算能力和带宽,而不是把依赖都聚集在较少的几台服务器上。

P2P还是英文Point to Point (点对点)的简称。
它是下载术语,意思是在你自己下载的同时,自己的电脑还要继续做主机上传,这种下载方式,人越多速度越快但缺点是对硬盘损伤比较大(在写的同时还要读),还有对内存占用较多,影响整机速度。P2P架构的核心思想是每个节点既可以充当客户端(Client),又可以充当服务器端(Server)。
比如:BT/电驴下载,非法传播视频的网站等,因为每个结点既是客户端可以进行下载,又是服务器端可以继续上传资源以提供下载服务给其他人,所以找不到真正的Server,打击非法网站也就难上加难了,所以P2P架构就是一种”我为人人,人人为我“的资源共享思想。如果是C/S架构,比如HTTP协议,只需单点攻击Server,整个C/S架构就失去了最核心的服务器端部分,基于C/S架构的通信也就被攻破了。

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和数据交换。
在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。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

电路交换(circuit switching):适用于电话网,电话交换机接通电话线的方式称为电路交换。电路交换需要经过建立连接(分配通信资源)——通话(一直占用资源)——释放连接(归还通信资源),将多部电话连接到交换机,然后多部交换机连接起来就组成全世界的电信网。交换机之间拥有大量活路的中继线是许多用户共享的,正在通话的用户只占用了其中一个活路。
缺点:传送计算机数据效率低
电路交换建立的电路为通信双方独占,计算机数据具有突发性,这导致通信线路的利用率很低。

分组交换(packet-switching):适用于计算机网络。
在发送报文之前,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。
再将控制信息作为首部加在数据前,就构成了一个分组(packet),分组又称为“包”,而分组的首部也可称为“包头”包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息。

分组交换

计算机将分组通过通信链路直接发送给分组交换机,分组交换机先收下整个分组,然后根据分组首部查找路由表,找到合适的端口(就是分组交换机和外部连接的借口)将分组转发出去。这种方法被称为存储转发。 PS:在因特网中最典型的分组交换机就是路由器(router)

核心部分中网络可用一条线路表示
  • 优点:
    高效 动态分配传输带宽,对通信链路是逐段占用。
    灵活 以分组为传送单位和查找路由。
    迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组
  • 缺点:
    时延 路由器转发分组需要一定时间
    网络拥塞 无法确保通信时端到端所需带宽,造成分组丢失
    开销 各分组必须携带必要的控制信息,整个分组网还需要专门的管理和控制机制

分组丢失:分组到达的速率超过了输出链路的带宽时,分组会在队列中等待被发送到输出链路。当队列已满时,有分组到达,路由器将丢弃分组 (分组丢失,网络出现拥塞)

分组丢失

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