计算机网络概述

本章内容（内容主要源于谢希仁老师第七版计算机网络，图片来源：郑宏/宿红毅老师的讲解视频）

计算机网络在在信息时代的作用

互联网概述及其组成

计算机网络

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一、计算机网络在信息时代的作用

1. 为什么要学习计算机网络？

• 计算机和计算机网络已经成为当代信息时代的核心，已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。
• 现在人们可以很方便的将计算机，智能手机，智能传感器等设备连接到互联网进行信息检索，购物，交易，交友，娱乐，旅游，营销等活动，可以说现在世界已经进入万物联网和人人用网的时代

 

• 为了更好的理解什么是计算机网络，我们先来看一看什么是网络？

 

• 21世纪的一些重要特征就是数字化，网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。

• 网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。

• 我们知道有很多不同的网络，如：铁路网，电力网，社交网等；从信息技术角度看最常见和使用的网络主要有三种类型，它们分别是：

1. 电信网络：提供电话，电报及传真等服务；
2. 有线电视网络：向用户传送各种电视节目；
3.  计算机网络：使用户能在计算机之间传送数据文件

  

             

• 随着技术的发展，电信网络和有线电视网络都逐渐融入了现代计算机网络的技术，扩大了原有的服务范围，当然计算机网络也能够向用户提供电话通信，视频通信以及传送视频节目的服务。
• 从理论上讲，可以把上述三种网络融合成一种网络就能够提供所有的上述服务，这就是很早以前就提出的“三网融合”。
• 但实现融合并不简单，因为涉及到各方面的经济利益和行政管辖权的问题。

 

 

二、互联网概述及其组成

• 什么是计算机网络？

      1.计算机网络的精确定义并未统一；

       2.较好的定义：

•  计算机网络主要是一些通用的，可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（列如：传送数据或视频信号）。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。
• 从这里我们可以看出以下重要两点：

                                                                                          

 

• 网络之所以能够向用户提供多种服务，是因为网络具有两个重要的特性：

 

 

• 一个计算机网络（简称“网络”）可以很简单，也可以很复杂，那么如何表示计算机网络呢？

         1.计算机网络可以通过“图”表示，它由若干结点（node)，和连接这些结点的链路（link）组成。

                *网络中的 结点（node)可以是:计算机，集线器，交换机或路由器等（集线器，交换机或路由器等设备的作用后续章节会介绍）

                  *链路（link)是连接结点的物理链路，有时也将结点之间的网络用链路来表示。

 

PS:1.在网络中，node的标准译名是“结点”而不是“节点”；

       2.虽然node有时也可译为“节点”，但这是指像天线上的驻波的节点，这种节点很像竹竿上的“节”；

       3.数据结构的数（tree）中的node应当译为“节点”；

 

• 在很多情况下，我们可以用一朵云表示一个网络。这样做的好处是可以不去关心网络中的相当复杂的细节问题，用云表示的网络可能会有两种不同的情况：

            1.用云表示的网络已经包含了和网络相连的计算机；

 

2.但有时为了讨论的方便，也可以把计算机画到云外；习惯上，与网络相连的计算机通常称为主机（host）

 

网络把许多计算机连接到一起，而互联网则把许多网络通过路由器连接到一起。与网络相连的计算机通常称为主机（host）

 

• 互联网概念

 

            1.互联网是目前技术最成功，应用最为广泛的计算机网络，人们常说的联网，入网，上网的“网”就是互联网，当然还有如网民，网吧，网银（网上银行），网购（网上购物）等；这里的“网”，一般不是指电信网或有线电视网，而是指当今世界上最大的计算机网络Internet---互联网。

 

            2.互联网已经成为现代社会最为重要的基础设施，现在人们的工作，学习和生活都已经离不开互联网，同时互联网也使人们的生活方式发生变化。

 

 

 

 

                3.互联网是指当今世界上最大的计算机网络Internet，那么什么是互联网呢？

 

 

 

 

 

   

• 在工作和生活中，人们还经常提到另一种网络，“互连网”

 

        我们可以看到以上两种互lian网，它们发音相同，都是将各种不同的计算机网络互连以后而成的互连网络，都是“网络的网络”

      1.互连网（internet）泛指由多个不同类型计算机网络互连而成的覆盖范围更大的网络，不管采用什么样的方法或协议把几个计算机网络互连在一起，并能够互相通信，这样构成的网络是互连网（internet）。

       2.互联网（Internet）特指利用路由器将多个计算机网络互连而成的一个覆盖全球的，特定的计算互联网，它起源于美国，遵循TCP/IP标准，实现不同网络上的计算机之间的通信。

        3.任意把几个计算机网络互连起来（不管采用什么协议），并能够相互通信，这样构成的是一个互连网（internet），而不是互联网。

 

• 互联网基础发展的三个阶段

            互联网是世界上最大的网络，那互联网是如何把属于不同组织或单位的网络互连在一起的呢？下面我们看一下互联网的基础结构，互联网的基础机构大概可以分为三个阶段：

 

 

 

 

        

 

• 主干ISP由几个专门的公司创建和维持，服务面积较大一般能够覆盖国家的面积，并且还拥有高速主干网，其速率可达到10G位或更高；

• 地区ISP是一些较小的ISP，这些ISP通过一个或多个主干ISP相互连接起来，位于第二层，数据率要低一些；

• 本地ISP给端用户仅提供直接的接入服务，本地ISP可以接入到地区ISP也可以直接连接到主干ISP，绝大多数的用户都是连接到本地ISP的，本地ISP可以是一个仅提供互联网接入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，或者是一个运行自由网络的非盈利机构，列如：学院，大学等

• 互联网交换点ISP允许两个网络直接相连交换分组，而不需要第三个网络来转发分组，列如：两个地区ISP通过一个IXP连接起来，当主机A和主机B交换分组时就不必再经过上层的主干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，同时也减少了分组转发的延迟时间，降低了分组转发的费用。

 

• IXP的结构非常复杂；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。

 

 

 

• 互联网已经成为世界上规模最大和增长速率最快的计算机网络，没有人能够准确说出互联网究竟有多大；

• 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）被广泛应用在互联网上，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。

 

 

• 2017年全球76亿人口中互联网用户数超过了40亿，普及率达53%，截止到2017年12月我国网民的规模达到7.72亿普及率达到了55.8%，手机网民的规模则达到了7.53亿，中国人平均每天花在社交媒体上的时间为两个小时。

• 互联网的标准化工作

             互连网之所以成功，能把各种设备和网络互连在一起，其中非常重要的原因就是其开放性和标准化；

             开放性是指任何人都可以参与，任何人都可以免费下载，符合标准的任何设备都可以自由接入；

             

互联网协会ISOC（Internet Society）负责对互联网全面管理，并促进其在世界范围内的发展和应用，互联网协会（ISOC）下面有一个技术组织叫做互联网体系结构委员会IAB（Internet Architecture Board），负责管理互联网有关协议的开发；IAB下面又设有两个工程部：互联网工程部IETF（Internet Engineering Task Force）和互联网研究部IRTF（Internet Research Task Force）；   

 

     

 

 

 

 

 

• 互联网络的组成

          互联网从其工作方式看，可以划分为两大块：

                   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 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（提供连通性和交换）

 

 

 

 

• 互联网的边缘部分

1. 处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有主机，这些主机又称端系统（end system）;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. 端系统在功能上可能有很大差别：

           1）小的端系统可以是一台普通个人电脑，具有上网功能的智能手机，甚至是一个很小的网络摄像头；

            2）大的端系统则可以是一台非常昂贵的大型计算机；

            3）端系统的拥有者可以是个人也可以是单位（如学校，企业 ，政府机关等），当然也可以是某个ISP。

 

 

 

 

             边缘系统利用核心部分提供的服务使众多主机和端系统之间能够通信并交换信息和共享信息，那么端系统之间的含义是什么呢？

 

 

        端系统之间的通信方式是什么样的呢？

1.    客户—服务器方式

• 客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个进程。
• 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。
• 客户是服务的请求方，服务器是服务的提供方。

         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。

 

 

 

 

• 一旦客户和服务器的关系建立好，那么通信可以是双向的，也就是说客户和服务器都可以发送和接收数据

• 客户软件的特点：

1. 被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。
2. 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。      

 

• 服务器软件的特点：

1. 一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
2. 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