1.計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用

• 三大類大家很熟悉的網(wǎng)絡(luò)，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)。

• Internet 的中文譯名并不統(tǒng)一?，F(xiàn)有的Internet 譯名有兩種： （1）因特網(wǎng)，這個譯名是全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會推薦的。雖然因特網(wǎng)這個譯名較為準(zhǔn)確，但卻長期未得到推廣。 （2）互聯(lián)網(wǎng)，這是目前流行最廣的、事實上的標(biāo)準(zhǔn)譯名。現(xiàn)在我國的各種報刊雜志、正府文件以及電視節(jié)目中都毫無例外地使用這個譯名。Internet是由數(shù)量極大的各種計算機絡(luò)互連起來的，采用互聯(lián)網(wǎng)這個譯名能夠體現(xiàn)出Internet最主要的特征。

• 互聯(lián)網(wǎng)之所以能夠向用戶提供許多服務(wù)，就是因為互聯(lián)網(wǎng)具有兩個重要基本特點，即連通性和共享。

• “互聯(lián)網(wǎng)+”它的意思就是“互聯(lián)網(wǎng)+各個傳統(tǒng)行業(yè)”，因此可以利用信息通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺來創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)。實際上“互聯(lián)網(wǎng)+”代表一種新的經(jīng)濟形態(tài)，其特點就是把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果深度融合于經(jīng)濟社會各領(lǐng)域之中，這就大大地提升了實體經(jīng)濟的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力。

2.互聯(lián)網(wǎng)概述

2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)

• 計算機網(wǎng)絡(luò)（簡稱為網(wǎng)絡(luò)）由若干結(jié)點（node）和連接這些結(jié)點的鏈路（link）組成。網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。

• 網(wǎng)絡(luò)之間還可以通過路由器互連起來，這就構(gòu)成了一個覆蓋范圍更大的計算機網(wǎng)絡(luò)。這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為互連網(wǎng)，互連網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。

• 網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起，而互連網(wǎng)則把許多網(wǎng)絡(luò)通過路由器連接在一起。與網(wǎng)絡(luò)相連的計算機常稱為主機。

2.2互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)展的三個階段

• 第一階段是從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互連網(wǎng)發(fā)展的過程。由美國所創(chuàng)建的單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET逐漸不能滿足通信的要求，逐漸向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

• 第二階段的特點是建成了三級結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。美國國家基金會建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)，即國家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET。它是一個三級計算機網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。這三級計算機網(wǎng)絡(luò)覆蓋了全美國主要的大學(xué)和研究所，并且成為互聯(lián)網(wǎng)中的主要組成部分。

• 第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結(jié)構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)。由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個商用的互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)替代，而政府機構(gòu)不再負責(zé)互聯(lián)網(wǎng)的運營。這樣就出現(xiàn)了一個新的名詞：互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者ISP。在許多情況下，ISP就是一個進行商業(yè)活動的公司，因此ISP又常譯為互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商。例如，中國電信、中國聯(lián)通和中國移動等公司都是我國最有名的ISP。ISP可以從互聯(lián)網(wǎng)管理機構(gòu)申請到很多IP地址，同時擁有通信線路（大ISP自己建造通信線路，小ISP則向電信公司租用通信線路）以及路由器等連網(wǎng)設(shè)備，因此任何機構(gòu)和個人只要向某個ISP交納規(guī)定的費用，就可從該ISP獲取所需IP地址的使用權(quán)，并可通過該ISP接入到互聯(lián)網(wǎng)。所謂“上網(wǎng)”就是指“（通過某ISP獲得的IP地址）接入到互聯(lián)網(wǎng)”。

• 以小寫字母i開始的internet（互連網(wǎng)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網(wǎng)絡(luò)互連而成的計算機網(wǎng)絡(luò)。在這些網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議（即通信規(guī)則）可以任意選擇，不一定非要使用TCP/IP協(xié)議。以大寫字母I開始的Internet（互聯(lián)網(wǎng)，或因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定互連網(wǎng)，它采用TCP/IP協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的ARPANET。

• 根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數(shù)目的不同，ISP也分為不同層次的ISP：主干ISP、地區(qū)ISP和本地ISP。主干ISP由幾個專門的公司創(chuàng)建和維持，服務(wù)面積最大（一般都能夠覆蓋國家范圍），并且還擁有高速主干網(wǎng)，有一些地區(qū)ISP網(wǎng)絡(luò)也可直接與主干ISP相連。地區(qū)ISP是一些較小的ISP。這些地區(qū)ISP通過一個或多個主干ISP連接起來。它們位于等級中的第二層，數(shù)據(jù)率也低一些。本地ISP給用戶提供直接的服務(wù)（這些用戶有時也稱為端用戶，強調(diào)是末端的用戶）。

• 隨著互聯(lián)網(wǎng)上數(shù)據(jù)流量的急劇增長，人們開始研究如何更快地轉(zhuǎn)發(fā)分組，以及如何更加有效地利用網(wǎng)絡(luò)資源。于是，互聯(lián)網(wǎng)交換點IXP就應(yīng)運而生了?；ヂ?lián)網(wǎng)交換點IXP的主要作用就是允許兩個網(wǎng)絡(luò)直接相連并交換分組，而不需要再通過第三個網(wǎng)絡(luò)來轉(zhuǎn)發(fā)分組。

• 由歐洲原子核研究組織 CERN開發(fā)的萬維網(wǎng) www（被廣泛使用在互聯(lián)網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為互聯(lián)網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。

2.3互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作

• 制定互聯(lián)網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過以下三個階段： （1）互聯(lián)網(wǎng)草案（Internet Draft）一互聯(lián)網(wǎng)草案的有效期只有六個月。在這個階段還不能算是RFC文檔。 （2）建議標(biāo)準(zhǔn)（Proposed Standard）——從這個階段開始就成為RFC文檔。 （3）互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（Internet Standard）——達到正式標(biāo)準(zhǔn)后，每個標(biāo)準(zhǔn)就分配到一個編號STD xx。

3.互聯(lián)網(wǎng)的組成

3.1互聯(lián)網(wǎng)的邊緣部分

• 互聯(lián)網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)雖然非常復(fù)雜，并且在地理上覆蓋了全球，但從其工作方式上看，可以劃分為以下兩大塊： （1）邊緣部分由所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機組成。這部分是用戶直接使用的，用來進行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。 （2）核心部分由天重網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。

• 處在互聯(lián)網(wǎng)邊緣的部分就是連接在互聯(lián)網(wǎng)上的所有的主機。這些主機又稱為端系統(tǒng)，“端”就是“末端”的意思（即互聯(lián)網(wǎng)的末端）。端系統(tǒng)在功能上可能有很大的差別，小的端系統(tǒng)可以是一臺普通個人電腦（包括筆記本電腦或平板電腦）和縣有上網(wǎng)功能的智能手機，甚至是一個很小的網(wǎng)絡(luò)攝像頭（可監(jiān)視當(dāng)?shù)氐奶鞖饣蚪煌ㄇ闆r，并在互聯(lián)網(wǎng)上實時發(fā)布），而大的端系統(tǒng)則可以是一臺非常昂貴的大型計算機。端系統(tǒng)的擁有者可以是個人，也可以是單位（如學(xué)校、企亞、政府機關(guān)等），當(dāng)然也可以是某個ISP（即ISP不僅僅是向端系統(tǒng)提供服務(wù)，它也可以擁有一些端系統(tǒng)）。邊緣部分利用核心部分所提供的服務(wù)，使眾多主機之間能夠互相通信并交換或共享信息。

• 在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)之間的通信方式通?？蓜澐譃閮纱箢悾嚎蛻?服務(wù)器方式（C/S方式）和對等方式（P2P方式）。

  （1）客戶-服務(wù)器方式?？蛻?服務(wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系。主機A運行客戶程序而主機B運行服務(wù)器程序。在這種情況下，A是客戶而B是服務(wù)器?？蛻鬉向服務(wù)器B發(fā)出服務(wù)請求，而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù)。這里最主要的特征就是：客戶是服務(wù)請求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方。服務(wù)請求方和服務(wù)提供方都要使用網(wǎng)絡(luò)核心部分所提供的服務(wù)。

（2）對等連接。是指兩臺主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方哪一個是服務(wù)提供方。只要兩臺主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。

3.2互聯(lián)網(wǎng)的核心部分

• 在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器，它是一種專用計算機（但不叫做主機）。路由器是實現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵構(gòu)件，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是互聯(lián)網(wǎng)核心部分最重要的功能。

• 電路交換：

  （1）起因：人們發(fā)現(xiàn)要讓所有的電話機兩兩相連時不太可能的，因此想到讓多個電話與交換機相連，實現(xiàn)交換功能。交換機再進行相連，構(gòu)成了通信網(wǎng)。

• 分組交換：

  （1）含義：分組交換則采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。把一個報文劃分為幾個分組后再進行傳送。通常我們把要發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為一個報文。在發(fā)送報文之前，先把較長的報文劃分成為一個個更小的等長數(shù)據(jù)段，在每一個數(shù)據(jù)段前面，加上一些由必要的控制信息組成的首部后，就構(gòu)成了一個分組。分組又稱為“包”，而分組的首部也可稱為“包頭”。分組是在互聯(lián)網(wǎng)中傳送的數(shù)據(jù)單元。分組中的“首部”是非常重要的，正是由于分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一個分組才能在互聯(lián)網(wǎng)中獨立地選擇傳輸路徑，并被正確地交付到分組傳輸?shù)慕K點。

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（3）從以上所述可知，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換，實質(zhì)上是采用了在數(shù)據(jù)通信的過程中斷續(xù)（或動態(tài)）分配傳輸帶寬的策略。這對傳送突發(fā)式的計算機數(shù)據(jù)非常合適，使得通信線路的利用率大大提高了。

• 電路交換——整個報文的比特流連續(xù)地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。

  報文交換——整個報文先傳送到相鄰結(jié)點，全部存儲下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點。

  分組交換——單個分組（這只是整個報文的一部分）傳送到相鄰結(jié)點，存儲下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點。

4.計算機網(wǎng)絡(luò)的類別

4.1幾種不同的計算機網(wǎng)絡(luò)

• 按網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類：

  （1）廣域網(wǎng)：幾十到幾千公里。

  （2）城域網(wǎng)：5km~50km。

  （3）局域網(wǎng)：1km左右。

  （4）個人區(qū)域網(wǎng)PAN：10m左右。

• 按照網(wǎng)絡(luò)使用者分類：

  （1）公用網(wǎng)：這是指電信公司（國有或私有）出資建造的大型網(wǎng)絡(luò)。

  （2）專用網(wǎng)：這是某個部門為滿足本單位的特殊業(yè)務(wù)工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò)。

5.計算機網(wǎng)絡(luò)的性能

5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)

• 速率

• 帶寬

• 吞吐量

• 時延：發(fā)送時延、傳播時延、處理時延、排隊時延

• 時延帶寬積

• 往返時間RTT

• 利用率

5.2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能指標(biāo)

• 費用

• 質(zhì)量

• 標(biāo)準(zhǔn)化

• 可靠性

• 可擴展性和可升級性

• 易于管理和維護

6.計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

6.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成

• 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出開放系統(tǒng)互連基本參考模型（即OSI）

6.2協(xié)議與劃分層次

• 在計算機網(wǎng)絡(luò)中要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題。

• 這些為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個要素組成： （1）語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式； （2）語義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)； （3）同步，即事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

• 協(xié)議通常有兩種不同的形式。一種是使用便于人來閱讀和理解的文字描述。另一種是使用證計算機能夠理解的程序代碼。這兩種不同形式的協(xié)議都必須能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上的信息交換過程做出精確的解釋。

• 分層的好處：

  （1）各層之間是獨立的。 （2）靈活性好。 （3）結(jié)構(gòu)上可分割開。 （4）易于實現(xiàn)和維護。 （5）能促進標(biāo)準(zhǔn)化工作。

6.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)

OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)（的概念清楚，理論也較完整，但它既復(fù)雜又不實用。TCP/IP體系結(jié)構(gòu)則不同，但它現(xiàn)在卻得到了非常廣泛的應(yīng)用。TCP/IP是一個四層的體系結(jié)構(gòu)，它包含應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層（用網(wǎng)際層這個名字是強調(diào)這一層是為了解決不同網(wǎng)絡(luò)的互連問題）。不過從實質(zhì)上講，TCP/IP只有最上面的三層，因為最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有什么具體內(nèi)容。因此在學(xué)習(xí)計算機網(wǎng)絡(luò)的原理時往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。