计网：概论

1.计算机网络在信息时代的作用

• 三大类大家很熟悉的网络，即电信网络、有线电视网络和计算机网络。

• Internet 的中文译名并不统一。现有的Internet 译名有两种： （1）因特网，这个译名是全国科学技术名词审定委员会推荐的。虽然因特网这个译名较为准确，但却长期未得到推广。 （2）互联网，这是目前流行最广的、事实上的标准译名。现在我国的各种报刊杂志、正府文件以及电视节目中都毫无例外地使用这个译名。Internet是由数量极大的各种计算机络互连起来的，采用互联网这个译名能够体现出Internet最主要的特征。

• 互联网之所以能够向用户提供许多服务，就是因为互联网具有两个重要基本特点，即连通性和共享。

• “互联网+”它的意思就是“互联网+各个传统行业”，因此可以利用信息通信技术和互联网平台来创造新的发展生态。实际上“互联网+”代表一种新的经济形态，其特点就是把互联网的创新成果深度融合于经济社会各领域之中，这就大大地提升了实体经济的创新力和生产力。

2.互联网概述

2.1网络的网络

• 计算机网络（简称为网络）由若干结点（node）和连接这些结点的链路（link）组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。

• 网络之间还可以通过路由器互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网，互连网是“网络的网络”。

• 网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一起。与网络相连的计算机常称为主机。

2.2互联网基础结构发展的三个阶段

• 第一阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程。由美国所创建的单个网络ARPANET逐渐不能满足通信的要求，逐渐向互联网发展。

• 第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网。美国国家基金会建设计算机网络，即国家科学基金网NSFNET。它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）。这三级计算机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。

• 第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的互联网。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。这样就出现了一个新的名词：互联网服务提供者ISP。在许多情况下，ISP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。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（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，就可从该ISP获取所需IP地址的使用权，并可通过该ISP接入到互联网。所谓“上网”就是指“（通过某ISP获得的IP地址）接入到互联网”。

• 以小写字母i开始的internet（互连网）是一个通用名词，它泛指由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（即通信规则）可以任意选择，不一定非要使用TCP/IP协议。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，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定互连网，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

• 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、地区ISP和本地ISP。主干ISP由几个专门的公司创建和维持，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，有一些地区ISP网络也可直接与主干ISP相连。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。它们位于等级中的第二层，数据率也低一些。本地ISP给用户提供直接的服务（这些用户有时也称为端用户，强调是末端的用户）。

• 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，以及如何更加有效地利用网络资源。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。

• 由欧洲原子核研究组织 CERN开发的万维网 www（被广泛使用在互联网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力。

2.3互联网的标准化工作

• 制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段： （1）互联网草案（Internet Draft）一互联网草案的有效期只有六个月。在这个阶段还不能算是RFC文档。 （2）建议标准（Proposed Standard）——从这个阶段开始就成为RFC文档。 （3）互联网标准（Internet Standard）——达到正式标准后，每个标准就分配到一个编号STD xx。

3.互联网的组成

3.1互联网的边缘部分

• 互联网的拓扑结构虽然非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，可以划分为以下两大块： （1）边缘部分由所有连接在互联网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信（传送数据、音频或视频）和资源共享。 （2）核心部分由天重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（提供连通性和交换）。

• 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统，“端”就是“末端”的意思（即互联网的末端）。端系统在功能上可能有很大的差别，小的端系统可以是一台普通个人电脑（包括笔记本电脑或平板电脑）和县有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头（可监视当地的天气或交通情况，并在互联网上实时发布），而大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机。端系统的拥有者可以是个人，也可以是单位（如学校、企亚、政府机关等），当然也可以是某个ISP（即ISP不仅仅是向端系统提供服务，它也可以拥有一些端系统）。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。

• 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（C/S方式）和对等方式（P2P方式）。

  （1）客户-服务器方式。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。主机A运行客户程序而主机B运行服务器程序。在这种情况下，A是客户而B是服务器。客户A向服务器B发出服务请求，而服务器B向客户A提供服务。这里最主要的特征就是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。

（2）对等连接。是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。只要两台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。

3.2互联网的核心部分

• 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（但不叫做主机）。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，这是互联网核心部分最重要的功能。

• 电路交换：

  （1）起因：人们发现要让所有的电话机两两相连时不太可能的，因此想到让多个电话与交换机相连，实现交换功能。交换机再进行相连，构成了通信网。

• 分组交换：

  （1）含义：分组交换则采用存储转发技术。把一个报文划分为几个分组后再进行传送。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。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，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后，就构成了一个分组。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。分组是在互联网中传送的数据单元。分组中的“首部”是非常重要的，正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一个分组才能在互联网中独立地选择传输路径，并被正确地交付到分组传输的终点。

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（3）从以上所述可知，采用存储转发的分组交换，实质上是采用了在数据通信的过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略。这对传送突发式的计算机数据非常合适，使得通信线路的利用率大大提高了。

• 电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

  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。

4.计算机网络的类别

4.1几种不同的计算机网络

• 按网络的作用范围分类：

  （1）广域网：几十到几千公里。

  （2）城域网：5km~50km。

  （3）局域网：1km左右。

  （4）个人区域网PAN：10m左右。

• 按照网络使用者分类：

  （1）公用网：这是指电信公司（国有或私有）出资建造的大型网络。

  （2）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。

5.计算机网络的性能

5.1计算机网络的性能指标

• 速率

• 带宽

• 吞吐量

• 时延：发送时延、传播时延、处理时延、排队时延

• 时延带宽积

• 往返时间RTT

• 利用率

5.2计算机网络的非性能指标

• 费用

• 质量

• 标准化

• 可靠性

• 可扩展性和可升级性

• 易于管理和维护

6.计算机网络体系结构

6.1计算机网络体系结构的形成

• 国际标准化组织ISO提出开放系统互连基本参考模型（即OSI）

6.2协议与划分层次

• 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定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。

• 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，网络协议主要由以下三个要素组成： （1）语法，即数据与控制信息的结构或格式； （2）语义，即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应； （3）同步，即事件实现顺序的详细说明。

• 协议通常有两种不同的形式。一种是使用便于人来阅读和理解的文字描述。另一种是使用证计算机能够理解的程序代码。这两种不同形式的协议都必须能够对网络上的信息交换过程做出精确的解释。

• 分层的好处：

  （1）各层之间是独立的。 （2）灵活性好。 （3）结构上可分割开。 （4）易于实现和维护。 （5）能促进标准化工作。

6.3具有五层协议的体系结构

OSI的七层协议体系结构（的概念清楚，理论也较完整，但它既复杂又不实用。TCP/IP体系结构则不同，但它现在却得到了非常广泛的应用。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包含应用层、运输层、网际层和网络接口层（用网际层这个名字是强调这一层是为了解决不同网络的互连问题）。不过从实质上讲，TCP/IP只有最上面的三层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。因此在学习计算机网络的原理时往往采取折中的办法，即综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种只有五层协议的体系结构。