计算机网络基础知识(持续更新中)

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前言

第一章:概述

一、因特网概述

二、三种交换方式


前言

为夯实计算机网络基础知识,本篇跟随b站的胡科大教书匠走进计算机网络的世界,仅记录计算机网络中的重点知识。


第一章:概述

一、因特网概述

1. 网络、互联网(互连网)和因特网的概念:

  • 网络:由结点和连接这些结点的链路组成。
  • 互联网:由多个网络组成,多个网络由路由器互连,可以称为“网络的网络”。
  • 因特网:世界上最大的互连网络。

tips: internet和Internet不同。internet泛指由多个网络互连而成的网络,通信协议任意。Internet指的是因特网,采用TCP/IP协议族作为通信规则。

2. 因特网的组成:

  • 边缘部分:由所有连接在因特网上的主机构成,这些主机由用户直接使用。
  • 核心部分:由大量网络和路由器组成,为边缘部分提供服务。

tips: 路由器是实现分组交换的关键构件,任务是转发收到的分组。

二、三种交换方式

1. 电路交换:

  • 背景:起初,两台电话用一条电话线连接即可通信。随着电话数量增加,两两相连的方式导致所需电话线增加。为节省电话线开销,引入了电话交换机。这其实是一种多路开关,能够按需实现两个电话设备的通信。当电话增多时,使用很多彼此相连的电话交换机就能完成全网的交换任务。多个电话交换机之间使用中继线连接。
  • 概念:电路交换就是电话交换机接通电话线的方式。从通信资源分配角度来看,交换就是按照某种方式动态分配传输线路的资源。
  • 三个步骤:
    • 建立连接(分配通信资源):当一个用户给另一个用户拨号时,另一个用户听到提示音并接起电话就会给这两个用户分配通信资源。
    • 通话(持续占用通信资源):当两个用户通话时,该通信线路不能由其他用户使用。
    • 释放连接(归还通信资源):当用户挂断电话时,该通信线路会被归还给电信网。
  • 优点:
    • 通信时延小,实时性强。通信线路由通信双方专用,数据直达。
    • 有序传输。通信双方共用一条通道,数据传输是有序的。
    • 没有冲突。不同的通信双方使用不同的通信线路。
    • 适用范围广。可以传输模拟信号,也可以传输数字信号。
    • 控制简单。电路交换的结点交换机及其控制十分简单。
  • 缺点:
    • 建立连接的时间长。
    • 信道利用率低。
    • 灵活性差。一旦中间某个结点故障,就必须重新拨号建立连接。
    • 难以规格化。不同规格、不同速率的设备很难进行通信。

2. 分组交换:

  • 背景:若计算机之间采用电路交换,则在用户编辑信息过程中会持续占用通信线路,造成资源浪费。因此,计算机之间主要采用分组交换,以路由器为分组交换机。
  • 机制:
    • 发送方将信息(报文)分成若干个部分,并且在每个部分前面加上由必要的控制信息组成的首部。首部中包含关键的地址信息。
    • 路由器缓存分组并转发分组给下一个路由器,直至由接收方接收。
    • 接收方接收分组并去掉首部,还原原始信息。
  • 优点:
    • 无需建立连接。
    • 动态分配线路。
    • 通信线路利用率高。
    • 简化了存储管理。因为分组交换的分组大小是固定的。
    • 加速传输。在分组交换机转发的同时可以进行缓存。
    • 减少出错概率和重发数据量。一旦数据丢失,仅重发单个分组即可。
  • 缺点:
    • 会有转发时延。
    • 需要传输额外的信息,包括地址等控制信息。
    • 可能会产生丢失、失序和重复分组的问题。

3. 报文交换:也采用存储转发方式,但是对报文大小没有限制,这就要求报文交换结点有较大缓存空间。报文交换主要用于早期的电报通信网,现在很少使用。

  • 优点:
    • 无需建立连接。
    • 动态分配线路。
    • 通信线路利用率高。线路不是某些用户专属的。
    • 线路可靠性高。若某条路径上出现故障,可以分配其他路线进行传输。
    • 提供多目标服务。
  • 缺点:
    • 会有转发时延。因为报文大小没有限制,报文越大缓存时间越长,导致转发慢。
    • 需要较大的缓存空间。
    • 需要传输额外的信息,包括地址等控制信息。

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