标签：主机 通信 分组 链路 因特网 组成 路由器

因特网的拓扑结构虽然非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，可以划分为以下的两大块：

1. 边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。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。
2. 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）。

因特网的边缘部分

处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。

端系统

处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)，“端”就是“末端”的意思（即因特网的末端）。

端系统在功能上可能有很大的差别:

• 小的端系统可以是一台普通个人电脑（包括笔记本电脑或平板电脑）和具有上网功能的手机，甚至是一个很小的网络摄像头（可监视当地的天气或交通情况，并在因特网上实时发布）
• 大的端系统则可以是一台非常复杂和昂贵的大型计算机。端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企业、政府机关等），当然也可以是某个ISP（即ISP不仅仅是向端系统提供服务，它也可以拥有一些端系统）。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。

计算机之间通信

我们说：“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”。由于“进程”就是“运行着的程序”，因此这也就是指：“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。这种比较严密的说法通常可以简称为“计算机之间通信”。

网络边缘的端系统之间的通信方式

• 客户-服务器方式（C/S方式）
  C/S方式表示Client/Server方式，有时还可看到另外一种叫做浏览器-服务器方式（B/S方式），即Brower/Server方式。这仍然是C/S方式的一种特列。
• 对等方式（P2P方式）
  Peer-to-Peer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。在图中，主机A运行客户程序而主机B运行服务器程序。在这种情况下，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。

客户程序

(1) 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。
(2) 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器程序

(1) 是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。
(2) 系统启动后即自动调用并一直不断地运行着，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。
(3) 一般需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。

顺便要说一下，上面所说的客户和服务器本来都指的是计算机进程（软件）。使用计算机的人是计算机的“用户”(user)而不是“客户”(client)。但在许多国外文献中，经常也把运行客户程序的机器称为client（在这种情况下也可把client译为“客户机”），把运行服务器程序的机器称为server。因此我们应当根据上下文来判断client或server是指软件还是硬件。

对等连接方式

对等连接(peer-to-peer，简写为P2P)是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。只要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。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文件共享。

在图中，主机C, D, E和F都运行了P2P软件，因此这几个主机都可进行对等通信（如C和D，E和F，以及C和F）。实际上，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同时是服务器。例如主机C，当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又同时起着服务器的作用。

因特网的核心部分

网络核心部分是因特网中最复杂的部分，因为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台主机都能够向其他主机通信。

路由器：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（但不是主机）。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。

电路交换的主要特点

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。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拨号音并摘机后，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[插图]。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。

用户线是电话用户到所连接的市话交换机的连接线路，是用户独占的传送模拟信号的专用线路，而交换机之间拥有大量话路的中继线（这些传输线路早已都数字化了）则是许多用户共享的，正在通话的用户只占用了中继线里面的一个话路。电路交换的一个重要特点就是在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

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%甚至低到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白白被浪费了。

分组交换的主要特点

分组交换则采用存储转发技术。把一个报文划分为几个分组的概念。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文(message)。在发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为1024bit。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部(header)后，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”。分组是在因特网中传送的数据单元。分组中的“首部”是非常重要的，正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一个分组才能在因特网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。

因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成的，而主机处在因特网的边缘部分。在因特网核心部分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。

位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但它们的作用却很不一样。主机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。路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。这样一步一步地（有时会经过几十个不同的路由器）以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息，以便创建和维持在路由器中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。

当我们讨论因特网的核心部分中的路由器转发分组的过程时，往往把单个的网络简化成一条链路，而路由器成为核心部分的结点，如图(b)所示。这种简化图看起来可以更加突出重点，因为在转发分组时最重要的就是要知道路由器之间是怎样连接起来的。

主机H1向主机H5发送数据？？？

1. 主机H1向主机H5发送数据。主机H1先将分组逐个地发往与它直接相连的路由器A。此时，除链路H1-A外，其他通信链路并不被目前通信的双方所占用。需要注意的是，即使是链路H1-A，也只是当分组正在此链路上传送时才被占用。在各分组传送之间的空闲时间，链路H1-A仍可为其他主机发送的分组使用。
2. 路由器A把主机H1发来的分组放入缓存。假定从路由器A的转发表中查出应把该分组转发到链路A-C。于是分组就传送到路由器C。当分组正在链路A-C传送时，该分组并不占用网络其他部分的资源。路由器C继续按上述方式查找转发表，假定查出应转发到路由器E。当分组到达路由器E后，路由器E就最后把分组直接交给主机H5。
3. 假定在某一个分组的传送过程中，链路A-C的通信量太大，那么路由器A可以把分组沿另一个路由转发到路由器B，再转发到路由器E，最后把分组送到主机H5。在网络中可同时有多个主机进行通信，如主机H2也可以经过路由器B和E与主机H6通信。
4. 这里要注意，路由器暂时存储的是一个个短分组，而不是整个的长报文。短分组是暂存在路由器的存储器（即内存）中而不是存储在磁盘中的。这就保证了较高的交换速率。
5. 应当注意，分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源。分组在哪一段链路上传送时，才占用这段链路的通信资源。分组到达一个路由器后，先暂时存储下来，查找转发表，然后从另一条合适的链路转发出去。分组在传输时就这样一段段地断续占用通信资源，而且还省去了建立连接和释放连接的开销，因而数据的传输效率更高。
6. 因特网采取了专门的措施，保证了数据的传送具有非常高的可靠性（在介绍运输层协议时，要着重讨论这个问题）。当网络中的某些结点或链路突然出故障时，在各路由器中运行的路由选择协议（protocol）能够自动找到其他路径转发分组。

为了提高分组交换网的可靠性，因特网的核心部分常采用网状拓扑结构，使得当发生网络拥塞或少数结点、链路出现故障时，路由器可灵活地改变转发路由而不致引起通信的中断或全网的瘫痪。此外，通信网络的主干线路往往由一些高速链路构成，这样就能以较高的数据率迅速地传送计算机数据。

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