计算机网络：概述 - 计算机网络概述

一. 互联网概述

起源于美国的互联网现如今已经成为世界上最大的覆盖全球的计算机网络。

我们先来讲解一下网络、互联网、因特网的一些基本概念。

1.1 网络

计算机网络（简称为网络）由若干节点和连接这些节点的链路组成的。

网络中的节点可以是计算机、集线器、交换机或者路由器。节点之间的互联还需链路的参与，可以是无线链路，也可以是有限链路。

上图中，一个网络由四个节点和三条链路构成。并用一朵云朵来表示网络。如果要表示几个计算机之间如何通信等，也可以将有关的计算机画在云朵的外面。

1.2 互联网

多个网络通过一些路由器相互连接起来，构成的一个覆盖范围更大的计算机网络，成为互联网，如下图所示：

网络可以通过路由器连接起来形成互联网，所以互联网也可以说是“网络的网络”。

1.3 因特网

我们每天都在使用的因特网是世界上最大的互连网（注意区分互连网与互联网），因特网也称为互联网。它的用户数以亿计，互联的网络数以百万计。计算机网络学习中，因特网常常用一朵云表示。

此处区分一下两个单词的含义：

以小写字母 i 开始的internet（互连网）是一个通用名词，他泛指有多个计算机网络互连而成的计算机网络。在这些网络之间的通信协议可以任意选择。

以大写字母 I 开始的Internet（互联网或因特网）则是一个专用名词，他指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互联网，它采用TCP/IP协议簇作为通信的规则，且前身是美国的ARPANET。

二. 互联网发展的三个阶段

互联网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进，下面来看看互联网发展的三个阶段：

第一阶段：1969 - 1983年从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。

• 1969年，美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET：

• 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开始研究多种网络互连的技术，这就导致了互连网络的出现，成为现今互联网的雏形。
• 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，因而人们就把1983年作为互联网的诞生时间。

第二阶段：1985 - 1993年建成了三级结构的互联网。

• 1985年起，美国国家科学基金会NSF就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。他是一个三级网络，分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。这种三级网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为互联网中的主要组成部分。

• 1991年，NSF和美国的其他机构认识到互联网必须扩大其适用范围，不应仅限于大学和研究机构。于是美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来运营，并开始对接入因特网的单位收费。

第三阶段：1993 - 至今逐渐形成了全球范围的多层次ISP结构的互联网。

• 从 1993 年开始，由美国政府资助的 NSFNET 逐渐被若干个商用的英特王主干网取代，而政府机构不再负责因特网的运营，而是让各种因特网服务提供者 ISP 来运营。
• 1994 年由欧洲原子核研究组织开发的万维网，也就是 3W 技术在因特网上被广泛使用，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，促使因特网迅猛发展。
• 1995 年， NSFNET 停止运作，因特网彻底商业化。

下面来解释一下互联网服务提供者 ISP：

普通用户是如何能够上网的呢？实际要通过ISP，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联网设备。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获取所需的IP地址和租用权。这一点是尤为重要的，因为而互联网的主机都必须有IP地址才能上网。我国出名的ISP大家都很熟悉，即中国移动、中国电信、中国联通。

根据提供服务的覆盖面积大小以及拥有的IP地址数目的不同，ISP也分为不同层次的ISP：主干ISP、地区ISP、本地ISP。

下面是三层ISP结构互联网的示意图：

• 因特网示意图最高级别的第一层 ISP的面积最大。第一层 ISP通常也被称为因特网主干网，一般都能够覆盖国际性区域范围，并拥有高速主干网和交换设备。
• 第二层ISP也称为地区ISP，与第一层 ISP之间直接互联，通常具有区域性或国家性，覆盖规模与少数第一层 ISP相连接。
• 第三层 ISP又称为本地ISP，他们是第二层 ISP的用户，且只拥有本地范围的网络。一般的校园网或企业网以及住宅用户和无线移动用户都是第三层 ISP用户。

随着互联网上数据流量的急剧增长，人们开始研究如何更快地转发分组，以及如何更加有效和更加经济的利用网络资源。于是，互联网交换点IXP就应运而生了。

互联网交换点IXP的主要作用就是允许两个ISP网络直接相连并交换分组，而不需要在通过第三个网络来转发分组。例如，上图右方两个地区ISP通过一个IXP连接起来。这样主机A和主机B交换分组时，就不必再经过最上层的主干ISP，而是直接在两个地区ISP之间用高速链路对等地交换分组。这样就使互联网上的数据流量分布更加合理，同时减少了分组转发的迟延时间，降低了分组转发的费用。

三. 互联网的标准化工作

互联网的标准化工作对互联网的发展起到了非常重要的作用。互联网在制定其标准上很有特色，其中一个很大的特点就是面向公众。1992年成立了一个国际性组织叫作互联网协会，以便对互联网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。我们来看看这个组织的体系：

• IETF是由许多工作组组成的论坛，具体工作由IESG管理。这些工作组划分为若干个领域，每个领域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，主要针对协议的开发和标准化。
• IRTF是由一些研究组RG组成的论坛，具体工作由IRSG管理。IRTF的任务是研究一些需要长期考虑的问题，包括互联网的一些协议、应用、体系结构等。

互联网所有的RFC（请求评论）文档都可从互联网上免费下载，而且任何人都可以用电子邮件随时发表对某个文档的意见和建议。但要注意，只有很少的RFC文档最后才能变成互联网标准。

制定互联网的正式标准要经过以下四个阶段：

第一阶段：互联网草案阶段，在这个阶段还不能算是RFC文档。 第二阶段：建议标准，这个阶段开始就成为RFC文档。 第三阶段：草案标准。 第四阶段：互联网标准阶段。

四. 互联网的组成

互联网的拓扑结构非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从工作方式上看，可以划分为以下两大块：边缘部分和核心部分。

边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成，这些主机又称为端系统。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。边缘部分中的主机可以是台式电脑或大型服务器，也可以是笔记本电脑、平板电脑，还可以是智能手机、智能手表以及物联网智能硬件，例如空气质量监测仪、智能摄像头等。

我们要明白一点，我们经常说的“主机A和主机B进行通信”，实际上指的是运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个进程进行通信。而进程等价于运行着的程序，所以也可以说主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。也可以简称为计算机之间通信。

在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：客户-服务器方式和对等方式。

• 客户-服务器方式

客户和服务器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。 客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

• 对等连接方式

对等连接方式，简称为P2P，读作P - two - P。指的是两台主机在通信时，并不区分哪一个是服务请求方和服务提供方，也就是说一个主机既可以当服务请求方也可以当服务提供方。只要两台主机都运行了对等连接软件，他们就可以进程平等的对等连接通信。

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，也就是提供连通和交换。在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用计算机，但我们不称它为主机。路由器是实现分组交换的关键构件，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。

五. 计算机网络的类别

5.1 计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并未统一。这里介绍一下关于计算机网络较好的定义是这样的：

计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而组成的，而这些硬件并非专门用来专门实现某一特定目的。

根据这个定义可以知道：

• 计算机网络所连接的硬件，并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机和智能电视机。
• 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种应用。

需要注意的是：我们上面所说的“可编程的硬件”表明这种硬件一定包含有中央处理器CPU。

5.2 计算机网络的不同类别

计算机网络有很多类别，下面进行简单的介绍。

按照网络的作用范围进行分类：

按网络的作用范围可以分成：广域网WAN、城域网MAN、局域网LAN、个人区域网PAN。

• 广域网WAN：广域网是指跨越较大地理范围的计算机网络。它通常由多个局域网或城域网互相连接而成。广域网可以覆盖多个城市、省份甚至国家之间的分支机构或办公地点，并且利用互联网等公共网络进行数据传输。广域网允许远程地点的计算机和用户之间实现高速、可靠的连接，以满足远程办公、数据共享和协作等需求。
• 城域网MAN：城域网是指连接位于同一个城市或者地理范围内的不同机构、公司或校园网络的计算机网络。城域网的覆盖范围比局域网稍广，它可以通过光纤、无线电或其他传输介质来连接各个网络设施。城域网的主要特点是传输距离较长，覆盖范围广，一般用于满足互联网接入的需求或者连接企事业单位之间的网络通信。
• 局域网LAN：局域网是指在一个相对较小的区域范围内建立的计算机网络。它通常覆盖一个办公楼、学校或者是家庭等局部区域。局域网的主要特点是传输速度快、延迟低，组网开销低、并且用于连接同一组织内部的计算机和设备。例如，一家公司内部多台电脑通过路由器或交换机连接在一起形成的网络就是局域网。
• 个人区域网PAN：个人区域网就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备用无线技术连接起来的网络，因此也常称为无线个人区域网。其范围很小，大概十米左右。需要注意的是，若中央处理机之间的距离非常近，例如仅一米的数量级甚至更小，则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。

按照网络的使用者进行分类：

按照网络的使用者可以分为：公有网、专有网。

• 公有网：这是指电信公司出资建造的大型网络。“公用”的意思就是所有愿意按照电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。因此公有网也可以称为公众网。
• 专用网：这是某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。如军队、铁路、银行等系统。

按照传输介质分类：

按照传输介质分类可以分为有线网络、无线网络。

• 有线网络：包括双绞线网络、光纤网络等。
• 无线网络：使用WIFI技术目前应用比较普遍。

按拓扑结构分类：

计算机网络还可以按拓扑结构分类，可以分为总线型网络、星型网络、环形网络和网状型网络。

• 总线型网络：总线型网络使用单根传输线把计算机连接起来。它的优点是建网容易，增减节点方便，节省线路。缺点是重负载时通讯效率不高，总线任意一处出现故障则全网瘫痪。

• 星型网络：星型网络是将每个计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备早期是计算机，后来是集线器，现在一般是交换机或路由器。这种网络拓扑便于网络的集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备，缺点是成本高，中央设备对故障敏感。

• 环形网络：环形网络是将所有计算机的网络接口连接成一个环，局域网环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的。

• 网状型网络：一般情况下，每个节点至少有两条路径与其他节点相连。多用在广域网中，其优点是可靠性高，缺点是控制复杂，线路成本高。

总结：

好了，到这里今天的知识就讲完了，大家有错误一点要在评论指出，我怕我一人搁这瞎bb，没人告诉我错误就寄了。

祝大家越来越好，不用关注我（疯狂暗示）