什么是Internet

从组成角度来看互联网可以分为三个部分：

• 边缘：端系统（包括应用）+接入网
• 核心：网络交换设备+通信链路
• 协议：对等层实体通信过程中遵守的规则的集合（语法、语义、时序）

从服务角度来看：

• 通信服务基础设施
• 应用

互联网中有许多个ISP（internet service provider 译为互联网服务提供商 类似中国电信，中国移动，中国联通）。一个ISP连接这许多主机设备，再将这些ISP连接起来，就构成了互联网。

应用交互

网络的建立是为了满足需要的应用交互模式。

C/S模式

客户(client)服务器(server)方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系：客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方，服务器提供服务，客户请求服务。如下简图：

特点

多个客户进程可以同时访问一个服务进程，一个客户进程可以同时访问多个服务器进程提供的服务。

客户主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户必须知道服务器程序的地址，同时却不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器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，但一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。

P2P模式

对等连接(peer-to-peer，简写为 P2P)，指通过直接交换信息的方式共享计算机资源和服务的工作模式。简图如下：

特点

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，不分服务请求方还是服务提供方。

对等连接方式从本质上看仍然是使用客户服务器方式，只是淡化服务提供者与服务使用者的界限，每一个主机既是客户又同时是服务器。

两者区别

C/S与P2P模式的差别主要在应用层：

C/S：DNS，SMTP，FTP，Web
P2P：支持文件共享类Napster与BitTorrent服务协议、支持多媒体传输类Skype服务的协议。P2P网络是在IP网络上构建的一种逻辑的覆盖网，P2P是一种网络的覆盖模式。

线路的连接交换

在网络的构建中最重要的是连接，而在现今的通信网交换方式有三种：电路交换、报文交换和分组交换。

电路交换

电路交换（CS:circuit switching），又称线路交换，是通信网中最早出现的一种交换方式，主要应用于电话通信网中。

电路交换的主要过程可分为连接建立、信息传送、释放连接。整个报文的比特流连续的从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

特点

独占性

在建立之后、释放之前，即使站点之间无任何数据可以传输，整个线路仍不允许其他站点共享。

就和打电话一样，只要电话打通，即使不说话，电话也是占线状态，电话费还在计算。如上图，红色箭头的线路表示服务器到主机2的电路交换线路。当此线路建立以后，服务器到主机1的线路就不能使用红色的部分，直到服务器到主机2的线路释放才行。

优点

实时性

由于电路交换的独占性，一旦电路建立，通信双方的所有资源（包括线路资源）均用于本次通信。因此，除了传播延迟（传播时迟=链路长度（m）/传播速率(m/s)）之外，不再有其他延迟，具有较好的实时性。

可靠性

还是由于独占性，使得通信过程中，数据传输可靠、迅速、数据不会丢失，基本不会出现抖动现象，通信可靠性高，延时也非常小，仅仅是电磁信号传输时所花费的延时。

缺点

易浪费

同样由于独占性，在某些情况下，电路空闲时的信道容量被浪费（电话打通，但不说话）；另外，如数据传输阶段的持续时间不长，电路建立和拆除所用的时间就得不偿失。

不可靠

独占性说明一旦线路建立，那么传输就是一定通过该线路。因此，如果该线路的某一节点损坏，传输就无法进行。此时，要么数据丢失，要么重新建立连接。

分组交换

分组交换（PS:packet switching）是在通信过程中，通信双方以分组为单位、使用存储-转发机制实现数据交互的通信方式。单个分组(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。

两种方式

数据报

为网络层提供无连接服务（每个分组的路径可能不同，分组传输事先没有固定的路径）。目前Internet使用。

每个分组都会携带源地址和目的地址，路由器根据分组的目的地址和路由协议（算法）构建转发表，最后查表转发分组。

虚电路

是分组交换和电路交换结合，为网络层提供面向连接服务（确定一个确定的路径(建立连接)，然后各分组走相同的已经建立好的路径，分组传输的路径相同，传输完成后拆除连接 ）。

虚电路方式路由器记得不是目的IP地址和接口的对应关系而是虚电路号和路由器接口对应关系。

特点

分组交换的本质就是存储转发，它将所接受的分组暂时存储下来，在目的方向路由上排队，当它可以发送信息时，再将信息发送到相应的路由上，完成转发。

优点

传输质量

由于其存储转发的特点，因此可实现总体的差错控制、流量控制等功能和现逐段链路的差错控制(差错校验和重发)，有效防止了传输数据的错误和丢失。

可靠性

在电路交换方式中，一次呼叫的通信电路固定不变，而分组交换方式则不同，报文中的每个分组可以自由选择传输途径。当网中发生故障时，分组仍能自动选择一条避开故障地点的迂回路由传输，不会造成通信中断。

经济性和利用率

因为报文被分为多个分组来传输，这样可简化交换处理，不要求交换机具有很大的存储容量，降低了网内设各的费用。

由于进行分组多路通信，可大大提高通信电路的利用率，只有在有信息要传输的情况下线路才会链接使用，因而降低了通信电路的使用费用，提高了利用率。由此可实现分组多路通信（终端尽管和分组交换机只有一条用户线相连，但可以同时和多个用户终端进行通信）。

缺点

传输效率

由于采用分组传输，为了保证分组能按正确的路由安全准确地到达终点，要给每个数据分组加上控制信息(分组头)，除此之外还要设计若干不含数据信息的控制分组，用来实现数据通路的建立、保持和拆除，并进行差错控制和数据流量控制等。因此对于较长的报文来说，分组交换的传输效率不如电路交换和报文交换的高。

延迟

由于采用存储转发，每个报文都要在节点中存储下来，而发送和接收的速率并不一定会相同。当接收>发送时，报文就会堆积，要排队发出，因此会产生排队延迟（它指的是PDU（ 协议数据单元 ） 在传输路径上每交换一次所引起的缓冲延迟的集合），并且当队伍过长达到阈值时会发生分组丢失。

高性能要求

分组交换机要对各种类型的分组进行分析处理，为分组在网中的传输提供路由，并在必要时自动进行路由调整，为用户提供速率、代码和规程的变换，为网络的维护管理提供必要的信息等，因而要求具有较高处理能力的交换机。

报文交换

报文交换（英文：message switching），又称存储转发交换，是数据交换的三种方式之一，报文整个地发送，一次一跳。报文交换是分组交换的前身，是由莱昂纳多·克莱洛克于1961年提出的。

和分组交换的区别：

• 报文交换：整个报文先传输到相邻的结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
• 分组交换：不是将整个报文进行传输，而是将整个报文分组传输

关于延时：

• 发送时延=数据块长度（bit）/数据率（bit/s）

• 传播时延=链路长度（m）/传播速率(m/s)

• 处理时延=网络结点存储转发处理时间

• 排队时延=网络结点缓存队列排队时间

电路交换延时

总时延=电路的建立时延+发送时延+传播时延

分组交换延时

1. 发送时延=报文长度/数据率+结点数（即链路数减一）*单个分组长度/数据率

2. 传播时延=（分组总数n减一）链路长度/传播速率+结点数（链路数k减一）链路长度/传播速率=（n+k-2）*链路长度/传播速率

3. 排队时延=仅仅需要计算最后一个分组的排队时延即可，前面分组的排队时延不用看

4. 处理时延=单个结点处理时延*结点数

报文交换延时

1. 发送时延=报文长度/数据率

2. 传播时延=链路长度/传播速率

3. 排队时延=单个结点排队时延*结点数

4. 处理时延=单个结点处理时延*结点数

网络层级体系结构

计算机网络的是一个复杂的结构，分层有助于将结构简单化，每一层要解决的问题相对较简单和单一。同时分层结构有助于改革创新后新技术替换老技术。

总结：把计算机网络复杂的功能分为一个个功能明确的层次，每一层通过层间接口（interface）向上层提供服务（同时包含了其所有下层的服务），而这一层的要通过其下层所提供的服务来和对方交换PDU以此实现功能。

分层和模块化：

分层体系和模块化体系的优点和缺点（性能有下降）相似，可以说分层是一种特殊的模块化。

唯一的不同是：分层体系的层级之间有等级关系，下层通过层间接口上层提供服务，不相邻的层级之间不可提供服务；而模块化体系之中，各个模块可以互相调用服务。

服务（service）

低层实体向上层实体提供它们之间的通信的能力。

• 服务用户（service user）可以多个
• 服务提供者（service provider）

服务和功能：

每一层都有对应的功能来解决问题，并为上层提供服务。因此层的功能包含了服务。

服务访问点SAP

SAP（service access point）就是层间接口，上层使用下层提供的服务通过的地点。

原语（primitive）

用来表明上层使用下层服务的什么形式。高层使用低层提供的服务，以及低层向高层提供服务都是通过服务访问原语来进行交互的。

协议

我们将同层间交互应该遵守的动作和规则的集合叫做协议。

表示逻辑上的通信，通过层间接口利用下层实现。

目的：为了向上层提供更好的服务。

实现：通过层间接口访问下层服务。

因此协议是对等的水平关系，服务是个垂直关系。

互联网TCP/IP模型各层简介

模型封装传输简图：

应用层（application）

在传输层的基础上，完成应用报文之间的交互，为用户或其他应用进程提供应用服务。

相关协议：

• FTP协议：文件传输协议，用于文件的上传下载。
• HTTP协议：超文本传输协议，用于实现互联网访问功能。
• DNS(Domain Name System)协议：域名解析协议，提供域名到IP的解析。
• SMTP(Simple Mail Transfer Protocol)协议：简单的邮件传送协议，用于控制信件的发送中转。

传输层（transport）

在网络层的基础上，将主机到主机的传输细分到进程到进程的传输，同时可将不可靠的通信变成可靠的通信，数据单位：数据包（packets）（TCP的数据单元称为段（segments），UDP的数据单元称为数据报（datagrams））。

相关协议：

• TCP协议：传输控制协议，是面向连接的、可靠的、基于IP的传输层协议。
• UDP协议：用户数据报协议，提供面向事物的、简单、不可靠的信息传输协议。

网络层（network）

在链路层的基础上，实现端到端的以分组为单位的数据传输（E2E）（不可靠），通过路由算法提供最佳传输路径（选择路由），数据单位：IP数据包。

相关协议：

• IP协议：通过路由选择将数据封装后交给链路层。
• 路由协议（Routing protocol）是一种指定数据包转送方式的网上协议（如：ARP协议）。

链路层（link）

在物理层的基础上，建立相邻结点之间的以分组为单位的数据链路（P2P）（可靠或不可靠），mac地址寻址（交换机），数据单位：帧。

相关协议：

• 点对点协议（Point to Point Protocol，PPP）点对点连接，传输多协议数据包的一种标准方法，用于以太网。
• 无线协议（WiFi）短距离无线技术

物理层（physical）

设备之间原始数据的传输（物理信号：电磁波信号，光信号），数据单位：比特（bit）。

ISO /OSI参考模型

在传输层和应用层之间细化了两层（会话层，表示层），一共七层。

会话层

数据交换的同步，检查点，恢复。不参与具体的传输，提供建立和维护应用间通信的机制。

表示层

允许应用解释传输的数据。数据的表示方式（格式处理及编码转换）和特定功能（加解密，解压缩）的实现

在互联网TCP/IP模型中，可以在应用层中实现改两层功能。

参考：

https://blog.csdn.net/READLEAF/article/details/107419963

https://blog.csdn.net/xingyangs/article/details/85722164

https://blog.csdn.net/weixin_43838785/article/details/105046384

https://www.bilibili.com/video/BV1JV411t7ow?share_source=copy_web&vd_source=5fa7b3693d8da11802d9a9ea8897259d

https://blog.csdn.net/qq_43395427/article/details/92978122

https://www.cnblogs.com/fennleo/p/13471217.html

https://blog.csdn.net/qq_37768971/article/details/96123223

https://blog.csdn.net/weixin_43838785/article/details/105046384