互联网的组成

目录互联网的组成边缘部分与核心部分互联网的边缘部分边缘部分的工作方式客户-服务器方式对等连接方式互联网的核心部分电路交换报文交换分组交换电路交换、报文交换与分组交换对比

边缘部分与核心部分

互联网的结构从各部分的工作方式上，可以划分为两大块：

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）,“端”就是“末端＂的意思（即互联网的末端）。边缘部分利用核心部分所提供的服务，使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。

边缘部分的工作方式

网络边缘的主要运行方式就是计算机（端系统）之间的通信，“计算机之间的通信”是指“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。

端系统之间的通信通常分成两大类：客户-服务器方式（C/S 方式） 和 对等方式（P2P 方式）。

客户-服务器方式

客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户-服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。在图 1-5 中，主机 A 运行客户程序而主机 B 运行服务器程序。在这种悄况下，A 是客户而 B 是服务器。客户 A 向服务器 B 发出请求服务，而服务器 B 向客户 A 提供服务。这里最主要的特征就是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

在实际应用中，客户程序和服务器程序通常还具有以下一些主要特点。

客户程序：

被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
不需要特殊的硬件和很复杂的橾作系统。

服务器程序：

足一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
系统启动后即一直不断运行，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
一般需要要有强大的硬件和高级的操作系统支持。

客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可发送和接收数据。

对等连接方式

对等连接（peer-to-peer, 简写为 P2P）是指两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方和哪一个是服务提供方。只要两台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估。这时，双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。因此这种工作方式也称为 P2P 方式。在图 1-6 中，主机 C,D,E 和 F 都运行了 P2P 程序，因此这几台主机都可进行对等通信（如 C,D,E 以及 F) 。实际上，对等连接方式从本质上看仍然使用客户-服务器方式，只是对等连接中的每一台主机既是客户同时又是服务器。例如主机 C，请求 D 的服务时 C 是客户，D 是服务器。但如果 C 又同时向 F 提供服务，那么 C 又同时起若服务器的作用。

互联网的核心部分

网络核心部分是互联网中最复杂的部分，因为网络中的核心部分要向网络边缘部分中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够与其他主机通信。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router），它是一种专用计算机（但不叫作主机）。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

在电话问世后不久，人们就发现，要让所有的电话机都两两相连接是不现实的。图 1-7(a) 表示两部电话只需要用一对电线就能够互相连接起来。但若有 5 部电话要两两相连，则需要 10 对电线，如图 1-7(b) 所示。显然，若 N 部电话要两两相连，就需要 N(N-1)/2 对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线数量就太大了（与电话机的数量的平方成正比）。于是人们认识到，要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信，就应当使用电话交换机将这些电话连接起米，如图 1-7(c) 所示。每一部电话都连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，计屯话用户彼此之间可以很方便地通信。电话发明后的一百多年来，电话交换机虽然经过多次史新换代，但交换的方式一直都是电路交换（circuit switching）。

从通信资源的分配角度来看，交换（switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

电路交换的过程：在使用电路交换打电话之前，必须先拨号请求建立连接。当被叫用户听到交换机送来的振铃音并摘机后，从主叫端到被叫端就建立了一条连接，也就是一条专用的物理通路。这条连接保证了双方通话时所需的通信资源，而这些资源在双方通信时不会被其他用户占用。此后主叫和被叫双方就能互相通电话。通话完毕挂机后，交换机释放刚才使用的这条专用的物理通路（即把刚才占用的所有通信资源归还给电信网）。这种必须经过“建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为 电路交换。如果用户在拨号呼叫时电信网的资源已不足以支持这次的呼叫，则主叫用户会听到忙音，表示电信网不接受用户的呼叫，用户必须挂机，等待一段时间后再重新拨号。

为什么计算机网络不使用电路交换？ 当使用电路交换来传送计算机数据时，其线路的传输效率往往很低。这是因为计计算机数据是突发式地出现在传输线路上的，因此线路上真正用来传送数据的时间往往不到 10% 甚至 1%。已被用户占用的通信线路资源在绝大部分时间里都是空闲的。例如，当用户阅读终端屏幕上的信息或用键盘输入和编辑一份文件时，或计算机正在进行处理而结果尚未返回时，宝贵的通信线路资源并未被利用而是被白白浪费了。

报文交换

报文交换的典型例子就是寄信。寄信端将将所有要发送的信息打包在一起并填写好寄件信息和收件信息（信件内容、寄件信息、收件信息放在一起称为报文），并交给邮局（路由器），邮局按照信件的收件信息将信件交给相应的中转站（路由器），中转站再根据收件信息送到下一级中转站，直到信件到达离收件人嘴角的中转站后送到相应的投递站，最终送到收信人的邮箱中。

和电路交换比起来，由于一次性将这次要发送的信息都打包发送了，所以在通信的间隔，通信双方不需要一直维持物理通路的连接，而空闲的通信链路就可以为其他通信方提供服务。

在计算机网络中，采用报文交换方式进行通信时，交换机（路由器）接受发送端或上一级交换机（路由器）发来的报文，将其存储在本地，然后按照报文中记录的目的地，将其转发到下一级交换机（路由器），这个过程被称为 存储转发。

但是当报文长度较长，报文数量较多的时候，路由器和交换机可能需要花费大量时间去接受、存储和转发报文，大量报文在路由器和交换机的接收端口产生拥堵，而如果交换机和路由器没能按时接收存储发来的报文，则会导致报文丢失，而发送端发现报文丢失后，则会重新发送一份相同的报文，最终导致整个网络堵塞严重。

分组交换

分组交换与报文交换的过程大致相同，都采用了存储转发技术。但是分组交换将一份报文切分成若干组（packet），每一个分组又称为一个包（packet），每个包都携带完整的“发件信息”、“收件信息”和原始报文的一部分，这些分组被成功发送到接收端后再进行重组，形成完整的原始报文。分组交换限制了每个分组的最大长度，极大缓解了网络堵塞。同时，由于原始报文被分成了许多份，如果其中一个包丢失，发送端不必要再发送完整的报文，而只需要再次发送丢失的那一个分组即可。

电路交换、报文交换与分组交换对比

电路交换——整个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（这只是整个报文的一部分）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。

从图 1-13 可看出，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。