计算机网络-因特网的组成

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，但从功能上看，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，用来运行各种网络应用，为用户直接提供电子邮件、文件传输、网络音/视频等服务。

（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（提供连通性和数据交换）。

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）。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。

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：

要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信，就应当使用一个中间设备将这些电话连接起来，这个中间设备就是电话交换机，每一部电话都连接到交换机上，交换机就好像一个有多个开关的开关器（当然，实际的工作原理是非常复杂的），可以将需要通信的任意两部电话的电话线路按需接通，从而大大减少了连接的电话线数量。

当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连接起来的交换机来完成全网的交换任务。用这样的方法，就构成了覆盖全世界的电信网。

电话交换机接通电话线的方式是一种称为电路交换（circuit switching）的方式。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了。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（分配通信资源）→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。

缺点：

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1％。实际上，已被用户占用的通信线路在绝大部分时间里都是空闲的。

分组交换的主要特点

计算机网络通常采用分组交换技术，把一个数据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 1024 bit。在每一个数据段前面，加上一些由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，包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息。计算机将分组通过通信链路直接发送给分组交换机，分组交换机收到一个分组，先将分组暂时存储下来，再检查其首部，按照首部中的目的地址查找转发表，找到合适的端口（就是分组交换机和外部连接的接口）转发出去，把分组交给下一个分组交换机。这样一步一步经过多个分组交换机把分组转发到最终的目的计算机。由于每个分组交换机都是将收到的分组先存储下来再转发出去，因此该方法被称为存储转发方式。

每个分组交换机有多条链路与之相连。对于每条相连的链路，该分组交换机有一个输出缓存（也称为输出队列），它用于存储分组交换机准备发往哪条链路的分组。该输出缓存在分组交换中起着重要的作用。如果到达的分组需要从某条链路转发出去，但发现该链路正忙于传输其他分组，则分组必须在该输出缓存中等待（即排队）。特别是当一个分组到达时发现输出缓存已满时，将发生分组丢失，即到达的分组或已经排队的分组之一将被丢弃。当网络中有大量分组需要从某条链路转发时就可能出现这种分组丢失的情况，这时我们说网络发生了拥塞。

缺点

分组交换也带来一些新的问题。例如，路由器在转发分组时需要花费一定的时间，这就会造成时延，因此必须尽量设法减少这种时延。此外，由于分组交换不像电路交换那样通过建立连接来保证通信时所需的各种资源，因而无法确保通信时端到端所需的带宽，在通信量较大时可能造成网络拥塞。

分组交换网带来的另一个问题是，各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销（overhead）。整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像一条物理的线路直接将源点和终点连接起来一样。
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。注意，分组交换结点的输出接口和输入接口能够并行工作，当输出端口在发送一个分组时，其输入端口可以同时接收下一个分组。