【計網】互聯網的組成

回顧：

互聯網(Internet)：它是一個專有名詞，是一個特定的互連網，它是指當下全球最大的、最開放的、由眾多網絡相互連接而形成的特定的的互連網，采用TCP/IP協議族作為通信規則。

一、互聯網的組成部分

從互聯網的工作方式看，互聯網可以分成兩部分：

邊緣部分：由所有連接在互聯網上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信和資源共享的。
核心部分：由大量網絡和連接這些網絡的路由器組成。這部分是用來連接各個邊緣部分，使其能夠進行通信和資源共享的。

二、互聯網的邊緣部分

1.?邊緣部分的定義

互聯網的邊緣部分是指連接到互聯網的所有終端設備和用戶設備。這些設備包括個人計算機、智能手機、路由器、交換機等。邊緣部分的主要功能是與核心網絡進行交互，提供用戶訪問互聯網的能力。

2.?邊緣設備的類型

終端設備：如個人電腦、智能手機、平板電腦等，用戶通過這些設備訪問互聯網。
網絡設備：如路由器、交換機等，負責數據的轉發和管理，確保數據在網絡中的流動。

3.端系統

端系統是指在網絡中直接與用戶交互的設備，它由終端設備和網絡設備組成。通常用于發送和接收數據。端系統可以是用戶的計算機，智能手機，服務器等。

端系統在功能上可能有很大差別：
小的端系統：普通個人電腦、智能手機、網絡攝像頭等。
大的端系統：非常昂貴的大型計算機或服務器。
端系統的擁有者：可以是個人、單位、或某個 ISP。

4.互聯網邊緣的端系統之間的通信方式

4.1 客戶—服務器方式(Client/Server方式，簡稱C/S方式)

客戶和服務器

1.?基本概念

客戶端（Client）：客戶端是發起請求的設備或程序，通常是用戶使用的終端設備，如個人電腦、智能手機或應用程序。客戶端向服務器發送請求以獲取服務或資源。注意區分：客戶端有時候會直接稱為客戶，此時它表示的不是人
服務器（Server）：服務器是提供服務的設備或程序，通常是運行在強大計算機上的軟件。服務器接收來自客戶端的請求，并處理這些請求，然后返回相應的數據或服務。
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，客戶是服務的請求方，服務器是服務的提供方，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送和接收數據。（這里的雙向指的是客戶端和服務器都可以給對方發信息，客戶端發請求，服務器回應請求）

2.?工作流程

客戶-服務器模型的工作流程通常如下：

請求發送：客戶端向服務器發送請求（例如，瀏覽器請求網頁）。
數據傳輸：請求通過客戶端的網絡設備（如路由器）發送到互聯網的核心部分。在核心部分，數據包經過多個路由器和交換機，最終到達目標服務器。
服務器處理：服務器接收到請求后進行處理，并準備響應數據。
響應返回：服務器將響應數據通過互聯網的核心部分發送回客戶端。數據包同樣經過多個網絡設備，最終到達客戶端。

3.?示例

讓我們通過一個簡單的例子來理解客戶-服務器方式：

例子：訪問網頁

客戶端：用戶在瀏覽器中輸入“www.example.com”。
請求：瀏覽器（客戶端）向“www.example.com”的服務器發送HTTP請求，請求獲取該網頁的內容。
服務器：網站的服務器接收到請求，查找所請求的網頁內容（如HTML文件、圖片等）。
響應：服務器將網頁內容發送回瀏覽器，瀏覽器接收到數據后，將其渲染為用戶可以查看的網頁。

4.?特點

(1)對于客戶端

被用戶調用后運行，在通信時主動向遠端服務器發起通信（請求）。因此，客戶端必須知道服務器的地址
不需要特殊的硬件和很復雜的操作系統

(2)對于服務器

是一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠端或本地客戶的請求。
系統啟動后服務器就會一直運行，被動地接收來自各地的客戶端的通信請求，故服務器不需要知道客戶端的地址
一般需要強大的硬件和高級的操作系統支持

(3)客戶端程序和服務器程序的通信關系建立之后，通信可以是雙向的，客戶端程序和服務器程序都可發送和接收數據。

5.?應用場景

客戶-服務器模型廣泛應用于各種網絡服務中，包括：

Web服務：如瀏覽網頁、在線購物等。
電子郵件：如使用郵件客戶端（如Outlook）發送和接收郵件。
文件共享：如使用FTP服務器上傳和下載文件。

6.?總結

客戶-服務器方式是一種高效的網絡架構，允許多個客戶端通過網絡與服務器進行交互。客戶端發起請求，服務器處理請求并返回結果。這種模型的優勢在于資源的集中管理和系統的可擴展性。

4.2 對等連接方式(Peer to Peer方式，簡稱P2P方式)

1.基本概念

對等體（Peer）：在對等網絡中，每個節點既可以是客戶端也可以是服務器。對等體能夠自主地與其他對等體進行通信，共享資源和提供服務。
對等網絡（P2P Network）：一種去中心化的網絡結構，節點間的通信不需要經過中心服務器，所有節點都是平等的，并且可以直接相互通信。
注意：
- 中心服務器是屬于互聯網邊緣部分的，對等連接方式的通信還是需要經過互聯網的核心部分的。
- （1）中心服務器通常位于互聯網的邊緣部分，它們為客戶端提供各種服務，如Web服務、電子郵件服務、文件存儲服務等。（2）在客戶機-服務器模型中，中心服務器是一個重要的組件，它存儲數據并提供對這些數據的訪問。（3）中心服務器可以是一個數據中心的一部分，該數據中心可能包含大量的服務器，用于處理大量的網絡請求。
- （1）對等連接方式（P2P）不需要中心服務器來直接參與文件的傳輸，但仍然需要互聯網的核心部分作為通信的介質。（2）在P2P網絡中，節點之間直接通信，但這些通信仍然依賴于互聯網的核心網絡設施，如路由器和交換機，來傳輸數據包。（3）P2P網絡中的節點可能位于不同的地理位置，它們之間的通信需要通過互聯網的核心部分進行路由和轉發。（4）即使P2P網絡不依賴于中心服務器進行文件傳輸，但在某些情況下，如混合型P2P網絡，中心服務器可以用來維護節點列表、輔助節點發現和初始化連接。

2.工作流程

對等連接模型的工作流程通常如下：

節點發現：對等體首先需要找到其他對等體的存在。這可以通過多種方式實現，如廣播消息、使用已知節點列表或專門的跟蹤服務器。
直接通信：一旦對等體發現了其他對等體，它們就可以直接建立通信連接。這與傳統的客戶-服務器模型不同，傳統模型中客戶端總是通過服務器進行通信。
資源共享和服務提供：對等體之間可以直接共享文件、處理器周期或其他資源，而不需要一個中央協調者。

3.示例

讓我們通過一個簡單的例子來理解對等連接方式：

例子：文件共享
- 對等體 A 想要下載一個文件，它會搜索網絡中是否有其他對等體擁有該文件。
- 一旦找到了擁有該文件的對等體 B，A 會直接從 B 下載文件，而不是從一個中心服務器下載。
- 同時，B 也可以從 A 或其他對等體下載文件，或者將自己的文件共享給其他對等體。

4.特點

對等體之間是平等的關系，每個節點都可以既是客戶端又是服務器。
網絡的去中心化使得對等網絡更加健壯，不容易因為單個節點的故障而導致整個網絡的崩潰。
對等網絡可以實現高效的資源利用，因為資源分布在多個節點上，而不是集中在少數幾個服務器上。

5.應用場景

對等連接方式廣泛應用于各種網絡服務和應用中，包括：

文件共享：如 BitTorrent 協議，用于大規模的文件分發。
即時通訊：如 Skype，利用對等網絡進行語音和視頻通話。
分布式計算：如 SETI@home 項目，利用全球志愿者的計算機進行科學計算。

6.總結

對等連接方式提供了一種去中心化的網絡架構，允許節點之間直接通信和資源共享。這種方式提高了網絡的健壯性和資源利用率，但也帶來了安全性和管理上的挑戰。

三、網絡交換技術

1.網路交換技術

1.1定義

網絡交換技術是指在計算機網絡中，通過特定的交換機制將數據從一個設備傳輸到另一個設備的過程。這個過程涉及數據的分割、傳輸路徑的選擇、數據的轉發和重組等步驟。網絡交換技術的主要目標是提高數據傳輸的效率、減少延遲、優化網絡資源的利用和確保數據的可靠性。

1.2 網絡交換技術有以下幾種：

電路交換
分組交換
報文交換
虛擬電路交換
多協議標簽交換

此處只展開介紹前三種。

2.電路交換

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3.分組交換

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4.報文交換

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四、互聯網的核心部分

互聯網的核心部分是由多個網絡和路由器組成的。這些網絡通過路由器相互連接，確保數據能夠從一個網絡傳輸到另一個網絡，實現全球范圍內的信息交流。互聯網的核心架構包括了不同的自治系統（AS）和多個路由器，它們一起確保數據能夠高效、穩定地流動。下面是對這一概念的進一步解釋：

網絡的組成： 互聯網實際上是由多個不同的自治系統（Autonomous Systems，AS）組成的，每個自治系統可能代表一個組織、服務提供商或大型企業的數據中心。每個自治系統都有自己的網絡和設備，用于管理數據的傳輸。每個網絡本身又由各種設備（如計算機、交換機、路由器）組成。
路由器的作用： 路由器在互聯網上扮演著至關重要的角色。它們是網絡之間的“中介”，負責確定數據從一個網絡傳輸到另一個網絡的最佳路徑。路由器使用路由表和路由協議（如BGP——邊界網關協議）來動態決定數據包的傳輸路徑。
全球互聯： 互聯網的核心部分由不同的網絡通過路由器相互連接，這樣就可以形成一個全球范圍內的信息流動系統。無論你身處何地，借助路由器和這些跨越全球的網絡，你的數據可以迅速傳輸到世界各地。路由器確保數據包能夠從源頭網絡準確地傳送到目標網絡。
數據流動： 在互聯網中，數據是以包（packet）的形式進行傳輸的，這些包會通過多個路由器跨越多個網絡，到達最終目的地。每一個路由器都可能處理多個網絡之間的連接，確保數據能根據當前網絡狀態和最佳路徑進行動態選擇。