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  • 互联网结构主要有哪些
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    2022-01-22 12:24:06
    • 互联网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。三个阶段并不是截然分开而是存在部分重叠的。

    第一阶段

    • 第一阶段是从单个网络 ARPANET互连网(internet) 发展的过程。
    • “阿帕”(ARPA),是美国高级研究计划署(Advanced Research Project Agency)的简称。1969年美国国防部创建的第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网(并不是一个互连的网络)。所有要连接在 ARPANET 上的主机都直接与就近的 节点交换机 相连。
    • 20世纪70年代中期,人们认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信需求。于是ARPA开始研究多种网络(例如 分组无线电网络)互连的技术,这就导致了互连网络的出现,成为现今 互联网(Internet) 的雏形。
    • 1983年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议,使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互连网相互通信,因此人们就把 1983 年作为 互联网 的诞生时间

    第二阶段

    • 第二阶段的特点是建成了 三级结构的互联网
    • 1985年起,美国国家科学基金会 NSF (National Science Foundation)围绕六个大型计算机中心建设计算机网络——即 国家科学基金网 NSFNET
    • NSFNET 是一个三级计算机网络,分为 主干网、地区网和校园网(或企业网)。这种三级计算机网络覆盖全美主要的大学和研究所,成为互联网中的主要组成部分。
      • 地区网 可以完成本地区管辖范围内各 校园网 或 企业网 之间的相互通信
      • 主干网 可以使不同地区之间的用户相互通信
    • 1991年,NSF 和美国其他政府机构开始认识到,互联网不应仅限于大学和研究机构,必将扩大其使用范围。世界上许多公司纷纷接入到互联网,网络上的通信量急剧增大,使互联网的容量已满足不了需要——于是美国政府决定把互联网的 主干网 转交给私人公司来经营,并开始对接入互联网的单位进行收费。
    • 1992年互联网上的主机超过 100 万台。1993年互联网 主干网 的速率提高到 45 Mbit/s (T3速率)。

    第三阶段

    • 第三阶段的特点是逐渐形成了 全球范围的多层次 ISP 结构的互联网。
    • 1993年开始,由美国政府资助的 NSFNET 逐渐被若干个商用的 互联网主干网 替代,而政府机构不再负责互联网的运营。这样就出现一个新的名词:互联网服务提供者 ISP 
    • 互联网服务提供者 ISP(Internet Service Provider)在许多情况下就是一个 进行商业活动的公司,因此 ISP 又常译为 互联网服务提供商 。例如中国电信、中国联通和中国移动等公司都是我国最有名的 ISP 。
    • 互联网服务提供者 ISP 可以从互联网管理机构申请到很多IP地址,同时拥有通信线路以及路由器等连网设备。因此任何机构和个人只要向某个 ISP 交纳规定的费用,就可以从该 ISP 获取所需 IP 地址的租用权,并可通过该 ISP 接入互联网。
    • 根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同,ISP 也分为不同层次的 ISP:
      • 主干 ISP:由几个专门的公司创建和维护,服务面积最大(一般都能够覆盖国家范围),并且还拥有高速主干网(10Gbit/s 或更高)。不同的网络运营商都有自己的主干 ISP 网络,并且可以彼此互通。
      • 地区 ISP:地区 ISP 是一些较小的 ISP。这些地区 ISP 通过一个或多个主干 ISP 连接起来,位于等级中的第二层,数据率也低一些。
      • 本地 ISP:本地 ISP 给用户提供直接的服务。本地 ISP 可以连接到地区 ISP,也可以直接连接到主干 ISP (绝大多数用户都是连接到本地 ISP 的)。本地 ISP 可以是一个仅仅提供互联网服务的公司,也可以是一个拥有网络并向自己的雇员提供服务的企业,亦或者是一个运行自己的网络的非盈利机构(学院或者大学)。
    • 互联网交换点 IXP :IXP 的主要作用就是允许两个网络直接相连并交换分组,而不需要再通过第三个网络来转发分组。使得互联网上的数据流量分布更加合理,同时也减少了分组转发的迟延时间,降低了分组转发的费用。(但本地 ISP 或地区 ISP 通过 IXP 向高层 IXP 转发分组时,则需要交纳一定的费用)
      • 典型的 IXP 由一个或多个网络交换机组成,许多 ISP 再连接到这些网络交换机的相关端口上。
      • IXP 常采用工作在数据链路层的网络交换机,这些网络交换机都用 局域网 互连起来。
    • 内容提供者(content provider):是在互联网上向所有用户提供视频文件的公司。由于传送视频文件产生的流量非常大,为了提高数据传送的效率,这些公司都有独立于互联网的专门网络(仅承载出入该公司的服务器的流量),并且能够和各级 ISP 以及 IXP 相连。

    互联网的迅猛发展

    • 互联网的迅猛发展始于 20 世纪 90 年代——由欧洲原子核研究组织 CERN 开发的 万维网 WWW(World Wide Web)被广泛使用在互联网上,成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力。

    参考资料:《计算机网络》 --谢希仁

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    互联网的分层次结构 生活中几个常用的网络概念 速率 比特(bit)是通信中信息量的单位,一个比特就是二进制数字中的一个1或0.网络中的速率也就是数据的传送速率,是指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据...

    互联网的分层次结构

    生活中几个常用的网络概念

    速率

    比特(bit)是通信中信息量的单位,一个比特就是二进制数字中的一个1或0.网络中的速率也就是数据的传送速率,是指连接到计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率,也称数据率或比特率,单位为b/s(比特/秒,有时也写作bps).数据率较高时,可用kb/s(k=103)。Mb/s(M=106)或Gb/s(G=10^9)表示。在计算机网络中,通常把最高数据率称为带宽。

    带宽

    “带宽”(bandwidth)有以下两种不同的意义:

    1. 带宽本来是指某个信号具有的频带宽度。信号的带宽是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围。这种意义的带宽的单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等。)
    2. 在计算机网络中,带宽用来表示网络中某信道传送数据的能力,因此网络带宽表示在单位时间内网络中的某信道所能通过的“最高数据率。”这种意义的带宽的单位就是数据率党的单位:bit/s,即比特每秒。

    时延

    时延(delay或latency)是指数据(一个报文或分组)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需的时间。时延又可以分为以下四种:

    1.发送时延。
    发送时延(transmission delay)是主机或路由器发送数据帧所需要的时间。
    2. 传播时延。
    传播时延(propagation delay)是电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。传播时延发生在机器外部的传输媒体上,信号传送的距离越远,传播时延越大。
    3. 处理时延。
    处理时延是主机或路由器在收到分组对分组进行去头去尾,差错检错,所花费的时间。
    4.排队时延。
    分组在进入路由器要等待路由器确认了转发接口后,在输出队列中排队等待转发。排队时延的长短取决于网络当时的通信量。

    计算机网络体系结构

    两个系统中实体间的通信是一个很复杂的过程,为了降低协议设计和调试过程的复杂性,也为了便于对网络进行研究、实现和维护,促进标准化工作,通常对计算机网络的体系结构以分层的方式进行建模。分层的目的是将庞大而复杂的问题转化为易于研究和处理的局部问题。

    计算机网络协议、服务的概念

    在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据,就必须遵守一些事先约好的规则。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为**网络协议(network Protocol)。**网络协议由语法、语义和同步三部分组成。语法规定了传输数据的格式;语义规定了所要完成的功能,即需要发出何种控制信息、完成何种动作及做出何种应答;同步规定了执行各种操作的条件、时序关系等。

    在协议的控制下,两个对等实体间的通信是的本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议,还需要使用下面一层所提供的的服务。

    协议是水平的,但服务是垂直的。服务是指下层为紧邻的上层提供的功能调用,它是垂直的。对等实体在协议的控制下,使得本层能为上一层提供服务,但要实现本层协议还要使用下一层所提供的的服务。计算机网络提供以下三种方式的服务:

    面向连接服务于无连接服务
    在面向连接服务中,通信双方先建立连接,分配资源,再进行数据传输,数据传输完成后释放连接和所占用的资源。TCP就是一种面向连接服务的协议。
    在无连接服务中,通信双方不需要事先建立连接也不要释放连接,需要发送数据时直接发送。这种服务常被描述为“尽最大努力交付”(Best-Effort-Delivery),它是一种不可靠的服务。IP、UDP、就是无连接服务。

    可靠服务和不可靠服务
    可靠服务是指网络具有纠错、检错、应答机制,能保证数据正确、可靠地传送到目的地。
    不可靠服务是指网络只是尽量正确、可靠地传送,而不能保证数据正确、可靠地传送到目的地,是一种尽力而为的服务。

    有应答服务和无应答服务
    有应答服务是指接收方在收到数据后向发送方给出相应的应答。文件传输服务就是一种有应答服务。
    无应答服务是指接收方收到数据后不自动给出应答。例如,对于www服务,客户端收到服务器发送的页面文件后不给出应答。

    OSI参考模型和TCP/IP模型

    OSI参考模型。国际标准化组织ISO与1997年提出了一个试图使各种计算机在世界范围内互连成网的标准框架,即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM(Open System Interconnection Reference Model),简称OSI。
    在这里插入图片描述

    OSI参考模型

    OSI有七层,自下而上依次为物理层、数据链层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。下三层统称为通信子网,负责联网完成数据传输功能。上三层统称为资源子网,它相当于计算机系统,完成数据处理功能。最中间的传输层承上启下。

    TCP/IP模型。

    ARPA在研究ARPAnet时提出了TCP/IP模型,模型从低到高依次为网络接口层、网际层、传输层和应用层。由于基于TCP/IP的互联网抢先在全球大范围成功运行,所以得到最广泛应用的并不是法律上的国际标准OSI,而TCP/IP模型也被称为事实上的国际标准。在这里插入图片描述

    在学习计算机网络时,我们往往采用折中的方法,采用一种五层模型结构,即我们所熟知的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

    (1) 应用层(application layer)
    应用层是体系结构中的最高层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。在互联网中的应用层协议很多,如域名系统DNS,支持万维网应用的HTTP协议,支持电子邮件的SMTP协议,等等。应用层交互的数据单元称为报文(message)。
    (2) 运输层(transport layer)
    运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务>应用进程利用该服务传送应用层报文。
    运输层主要使用以下两种协议:
    传输控制协议TCP (Transmission Control Protocol)——提供面向连接的、可靠的数
    据传输服务,其数据传输的单位是报文段(segment)。
    用户数据报协议 UDP (User Datagram Protocol)——提供无连接的、尽最大努力(best-effort)的数据传输服务(不保证数据传输的可靠性),其数据传输的单位是用户数据报。
    (3)网络层(network layer)
    网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。在发送数据时,网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中,由于网络层使用IP协议,因此分组也叫IP数据报,或前称为数据报。
    无论在哪一层传送的数据单元,都可笼统地用“分组”来表示。
    网络层的另一个往务最是要选择合适的路由,使源主机运输层所传下来的分组,能物通过网络中的路由器找到目的主机。
    (4) 数据链路层(data link layer)
    数据链路层常简称为链路层,在两个相邻结点之间传送数据时,数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing),在两个相邻结点间的链路上传送帧(frame)。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。
    在接收数据时,控制信息使接收端能够知道一个帧从哪个比特开始和到哪个比特结束。这样,数据链路层在收到一个帧后,就可从中提取出数据部分,上交给网络层。
    控制信息还使接收端能够检测到所收到的帧中有无差错。
    (5)物理层(physical layer)
    在物理层上所传数据的单位是比特。因此物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”,以及接收方如何别出发送方所发送的比特。当然,解释比特代表的意思,就不是物理层的任务。请注意,传输介质,如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道等,并不属于物理层而是在理层协议的下面。因此也有人把物理层下面的物理媒体当作第0层。

    展开全文
  • 随着互联网的发展,传统的基于TCP/IP体系结构互联网在安全、...为此,分析了当前互联网在安全和管理存在的若干主要问题,结合相关研究情况,总结了学术界在若干基础问题上的共识与分歧,并展望了进一步的研究方向。
  • 互联网的体系结构

    千次阅读 2020-04-27 10:27:25
    以五层结构体系为例 物理层:实现比特流的透明传输,基本单位:比特。 数据链路层主要功能:封装成...传输层主要有两种协议:传输控制协议TCP,用户数据报协议UDP 应用层:面向用户,提供应用程序,实现网络服务。 ...

    以五层结构体系为例
    在这里插入图片描述

    物理层:实现比特流的透明传输,基本单位:比特。

    数据链路层主要功能:封装成帧,透明传输,差错检测。

    网络层功能:路径的选择,数据的转发。

    运输层:负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。传输层主要有两种协议:传输控制协议TCP,用户数据报协议UDP

    应用层:面向用户,提供应用程序,实现网络服务。

    对于TCP/IP协议的网络接口层,对应于五层结构协议的物理层和数据链路层。

    展开全文
  • 2、建成了三级结构互联网,分为主干网、地区网和校园网(或企业网),主要面向全美主要的大学和研究所。后来许多商业公司也开始使用互联网互联网也从美国国营转为私人运营。 3、逐渐形成了 多层次ISP结构的...
    • 大体上分为三个阶段,这三个阶段间是有 部分重叠
      1、单个分组交换网络 ARPANET 诞生,军用,1983年 TCP / IP 协议称为 ARPANET 的标准协议
      2、建成了 三级结构的互联网 ,分为主干网、地区网和校园网(或企业网),主要面向全美主要的大学和研究所。后来许多商业公司也开始使用互联网。互联网也从美国国营转为私人运营。
      3、逐渐形成了 多层次ISP结构的互联网。由互联网服务提供者( Internet Service Provider )来负责运营互联网的运营。如中国电信、中国联通和中国移动。

    • ISP简介
      ISP可以从 互联网管理机构 申请到很多 IP地址(主机必须有IP地址才能上网),同时拥有通信线路(大ISP自己建造通信线路,小ISP则向电信公司租用通信线路)以及路由器等 联网设备
      任何机构或个人只要向 某个ISP 缴纳规定的费用,就能从该ISP获得所需 IP地址的使用权,并通过该ISP接入互联网。
      IP地址管理机构不会把一个单个IP地址分配给单个用户,而是把一批IP地址有偿租赁给经审查合格的ISP。互联网其实是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的。

    • ISP的不同层次
      主干ISP,地区ISP 和 本地ISP
      线路数据率逐渐降低
      三者共同配合,完成互联网中所有的分组转发任务。
      在这里插入图片描述

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