因特网的组成
因特網(wǎng)的拓撲結構雖然非常復雜,并且在地理上覆蓋了全球,但從其工作方式上看,可以劃分為以下的兩大塊:
因特網(wǎng)的邊緣部分
處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機。
端系統(tǒng)
處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)(end system),“端”就是“末端”的意思(即因特網(wǎng)的末端)。
端系統(tǒng)在功能上可能有很大的差別:
- 小的端系統(tǒng)可以是一臺普通個人電腦(包括筆記本電腦或平板電腦)和具有上網(wǎng)功能的手機,甚至是一個很小的網(wǎng)絡攝像頭(可監(jiān)視當?shù)氐奶鞖饣蚪煌ㄇ闆r,并在因特網(wǎng)上實時發(fā)布)
- 大的端系統(tǒng)則可以是一臺非常復雜和昂貴的大型計算機。端系統(tǒng)的擁有者可以是個人,也可以是單位(如學校、企業(yè)、政府機關等),當然也可以是某個ISP(即ISP不僅僅是向端系統(tǒng)提供服務,它也可以擁有一些端系統(tǒng))。邊緣部分利用核心部分所提供的服務,使眾多主機之間能夠互相通信并交換或共享信息。
計算機之間通信
我們說:“主機A和主機B進行通信”,實際上是指:“運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信”。由于“進程”就是“運行著的程序”,因此這也就是指:“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。這種比較嚴密的說法通常可以簡稱為“計算機之間通信”。
網(wǎng)絡邊緣的端系統(tǒng)之間的通信方式
- 客戶-服務器方式(C/S方式)
C/S方式表示Client/Server方式,有時還可看到另外一種叫做瀏覽器-服務器方式(B/S方式),即Brower/Server方式。這仍然是C/S方式的一種特列。 - 對等方式(P2P方式)
Peer-to-Peer方式
客戶-服務器方式
客戶(client)和服務器(server)都是指通信中所涉及的兩個應用進程。
客戶-服務器方式所描述的是進程之間服務和被服務的關系。在圖中,主機A運行客戶程序而主機B運行服務器程序。在這種情況下,A是客戶而B是服務器。客戶A向服務器B發(fā)出請求服務,而服務器B向客戶A提供服務。
客戶程序
(1) 被用戶調(diào)用后運行,在通信時主動向遠地服務器發(fā)起通信(請求服務)。因此,客戶程序必須知道服務器程序的地址。
(2) 不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統(tǒng)。
服務器程序
(1) 是一種專門用來提供某種服務的程序,可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。
(2) 系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)用并一直不斷地運行著,被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。因此,服務器程序不需要知道客戶程序的地址。
(3) 一般需要有強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。
客戶與服務器的通信關系建立后,通信可以是雙向的,客戶和服務器都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
順便要說一下,上面所說的客戶和服務器本來都指的是計算機進程(軟件)。使用計算機的人是計算機的“用戶”(user)而不是“客戶”(client)。但在許多國外文獻中,經(jīng)常也把運行客戶程序的機器稱為client(在這種情況下也可把client譯為“客戶機”),把運行服務器程序的機器稱為server。因此我們應當根據(jù)上下文來判斷client或server是指軟件還是硬件。
對等連接方式
對等連接(peer-to-peer,簡寫為P2P)是指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務請求方還是服務提供方。只要兩個主機都運行了對等連接軟件(P2P軟件),它們就可以進行平等的、對等連接通信。這時,雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。因此這種工作方式也稱為P2P文件共享。
在圖中,主機C, D, E和F都運行了P2P軟件,因此這幾個主機都可進行對等通信(如C和D,E和F,以及C和F)。實際上,對等連接方式從本質(zhì)上看仍然是使用客戶-服務器方式,只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務器。例如主機C,當C請求D的服務時,C是客戶,D是服務器。但如果C又同時向F提供服務,那么C又同時起著服務器的作用。
因特網(wǎng)的核心部分
網(wǎng)絡核心部分是因特網(wǎng)中最復雜的部分,因為網(wǎng)絡中的核心部分要向網(wǎng)絡邊緣中的大量主機提供連通性,使邊緣部分中的任何一臺主機都能夠向其他主機通信。
路由器:在網(wǎng)絡核心部分起特殊作用的是路由器(router),它是一種專用計算機(但不是主機)。路由器是實現(xiàn)分組交換(packet switching)的關鍵構件,其任務是轉發(fā)收到的分組,這是網(wǎng)絡核心部分最重要的功能。
電路交換的主要特點
從通信資源的分配角度來看,交換(switching)就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。在使用電路交換打電話之前,必須先撥號請求建立連接。當被叫用戶聽到交換機送來的撥號音并摘機后,從主叫端到被叫端就建立了一條連接,也就是一條專用的物理通路。這條連接保證了雙方通話時所需的通信資源,而這些資源在雙方通信時不會被其他用戶占用。此后主叫和被叫雙方就能互相通電話。通話完畢掛機后,交換機釋放剛才使用的這條專用的物理通路(即把剛才占用的所有通信資源歸還給電信網(wǎng))。這種必須經(jīng)過“建立連接(占用通信資源)→通話(一直占用通信資源)→釋放連接(歸還通信資源)”三個步驟的交換方式稱為電路交換[插圖]。如果用戶在撥號呼叫時電信網(wǎng)的資源已不足以支持這次的呼叫,則主叫用戶會聽到忙音,表示電信網(wǎng)不接受用戶的呼叫,用戶必須掛機,等待一段時間后再重新?lián)芴枴?/p>
用戶線是電話用戶到所連接的市話交換機的連接線路,是用戶獨占的傳送模擬信號的專用線路,而交換機之間擁有大量話路的中繼線(這些傳輸線路早已都數(shù)字化了)則是許多用戶共享的,正在通話的用戶只占用了中繼線里面的一個話路。電路交換的一個重要特點就是在通話的全部時間內(nèi),通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源。
當使用電路交換來傳送計算機數(shù)據(jù)時,其線路的傳輸效率往往很低。這是因為計算機數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上的,因此線路上真正用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到10%甚至低到1%。已被用戶占用的通信線路資源在絕大部分時間里都是空閑的。例如,當用戶閱讀終端屏幕上的信息或用鍵盤輸入和編輯一份文件時,或計算機正在進行處理而結果尚未返回時,寶貴的通信線路資源并未被利用而是白白被浪費了。
分組交換的主要特點
分組交換則采用存儲轉發(fā)技術。把一個報文劃分為幾個分組的概念。通常我們把要發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為一個報文(message)。在發(fā)送報文之前,先把較長的報文劃分成為一個個更小的等長數(shù)據(jù)段,例如,每個數(shù)據(jù)段為1024bit。在每一個數(shù)據(jù)段前面,加上一些必要的控制信息組成的首部(header)后,就構成了一個分組(packet)。分組又稱為“包”,而分組的首部也可稱為“包頭”。分組是在因特網(wǎng)中傳送的數(shù)據(jù)單元。分組中的“首部”是非常重要的,正是由于分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一個分組才能在因特網(wǎng)中獨立地選擇傳輸路徑,并被正確地交付到分組傳輸?shù)慕K點。
因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡和把它們互連起來的路由器組成的,而主機處在因特網(wǎng)的邊緣部分。在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接,而在網(wǎng)絡邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。
位于網(wǎng)絡邊緣的主機和位于網(wǎng)絡核心部分的路由器都是計算機,但它們的作用卻很不一樣。主機是為用戶進行信息處理的,并且可以和其他主機通過網(wǎng)絡交換信息。路由器則是用來轉發(fā)分組的,即進行分組交換的。路由器收到一個分組,先暫時存儲一下,檢查其首部,查找轉發(fā)表,按照首部中的目的地址,找到合適的接口轉發(fā)出去,把分組交給下一個路由器。這樣一步一步地(有時會經(jīng)過幾十個不同的路由器)以存儲轉發(fā)的方式,把分組交付最終的目的主機。各路由器之間必須經(jīng)常交換彼此掌握的路由信息,以便創(chuàng)建和維持在路由器中的轉發(fā)表,使得轉發(fā)表能夠在整個網(wǎng)絡拓撲發(fā)生變化時及時更新。
當我們討論因特網(wǎng)的核心部分中的路由器轉發(fā)分組的過程時,往往把單個的網(wǎng)絡簡化成一條鏈路,而路由器成為核心部分的結點,如圖(b)所示。這種簡化圖看起來可以更加突出重點,因為在轉發(fā)分組時最重要的就是要知道路由器之間是怎樣連接起來的。
主機H1向主機H5發(fā)送數(shù)據(jù)???
為了提高分組交換網(wǎng)的可靠性,因特網(wǎng)的核心部分常采用網(wǎng)狀拓撲結構,使得當發(fā)生網(wǎng)絡擁塞或少數(shù)結點、鏈路出現(xiàn)故障時,路由器可靈活地改變轉發(fā)路由而不致引起通信的中斷或全網(wǎng)的癱瘓。此外,通信網(wǎng)絡的主干線路往往由一些高速鏈路構成,這樣就能以較高的數(shù)據(jù)率迅速地傳送計算機數(shù)據(jù)。
總結
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