计算机网络

因特网
起源于美国现在已经发展成世界上最大的国际性计算机互联网。
一下是一些网络、互联网、以及因特网的一些最基本的概念：

1.网络又若干结点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、交换机或者路由器等。网络和网络可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网。因此互联网是“网络的网络”
2.因特网是世界上最大的互连网。习惯上，大家把链接在因特网上的计算机都称为主机。网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多网络连接在一起。因特网就是世界上最大的计算机网络。

因特网发展三个阶段
1.第一个阶段是从单个网络ARPANET向互连网发展的过程，1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPANET最初只是一个单个的分组交换网。所有要连接在ARPANET上的主机都直接与就近的结点交换机相连。
2.第二阶段特点是建成了三级结构的因特网。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了全美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要组成部分。
3.第三阶段的特点是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。从1993年开始，由美国政府资助的NSFNET逐渐被若干个商用的因特网主干网替代，而政府机构不再负责因特网的运营。这样就出现了一个新的名词：因特网服务提供者ISP。在许多情况下，因特网服务提供者ISP就是一个进行商业活动的公司，因此ISP又常译为因特网服务提供商。
ISP可以从因特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，就可从该ISP获取所需IP地址的使用权，并可通过该ISP接入到因特网。需要注意，IP地址管理机构不会把单个的IP地址分配个单个用户，而是把一批IP地址有偿租赁给经审查合格的ISP。
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也分为不通的层次：主干ISP、地区ISP、本地ISP。
主干ISP由几个专门的公司创建和维持，服务面积大，并且还拥有高速主干网。
地区ISP是一些较小的ISP。这些地区可以连接到地区ISP，也可以直接连接到主干ISP。绝大多数端用户都是连接到本地ISP的。
本地ISP可以是仅仅一个提供因特网服务的公司，也可以是一个拥有网络并向自己的雇员提供服务的企业，或者是一个运行自己的网络的非营利机构。本地ISP可以与地区ISP或者主干ISP连接。

从原理上将，只要每个本地ISP都安装了路由器连接到某个地区ISP，而每个地区ISP也有路由器连接到主干ISP，那么在这些互相连接的ISP的共同合作下，就可以完成因特网中的所有的分组转发任务。但是因为因特网数据流量泽佳，和研究更快的转发分组，于是因特网交换点IXP就应运而生了。
因特网交换点IXP的主要作用就是允许两个网络直接相连病交换分组而不需要在通过第三个网络来转发分组。经典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。

因特网的组成
因特网的拓扑结构虽然非常复杂，并且在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上来看，可以划分为一下两个大块：
边缘部分 由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信和资源共享。
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
客户-服务器方式
这种方式在因特网上是最常用的，也是传统的方式。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。
服务请求放和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。
客户程序
1.用户调用后运行，在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。
服务器程序
1.是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，被动着等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。
3.一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。
客户与服务器的通信关系建立后，通信可以是双向的，客户和服务器都可以发送和接受数据。
对等连接方式
对等连接(peer-to-peer,简写为P2P)是指两个主机在通信时并不区分哪个是服务请求方还是服务提供方。只要两个主机都运行了对等连接软件，它们就可以进行平等的、对等连接通信。
因特网的核心部分
网络核心部分是因特网中最复杂的部分，因为网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边缘部分中的任何一台主机都能够向其他主机通信。
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。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。为了弄清分组交换，下面介绍电路交换的基本概念。
分组交换的主要特点
分组交换则采用存储转发技术。通常我们把要发送的整块数据称为一个报文。在发送报文钱，先把较长的报文划分为一个个更小的等长数据段。在每个数据段前面，加上一些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，而分组的首部又可称为包头。分组是在因特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，每个分组才能在因特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。
位于网络边缘的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机，但它们的作用去很不一样。主机视为用户进行信息处理的，而且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则是用来转发分组的，即进行分组交换的。路由器收到一个分组，先暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。这样一步一步地以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机。各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息，一边创建和维持在路由器中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。
当我们讨论因特网的核心部分中的路由器转发分组的过程时，往往把单个的网络简化成一条链路，而路由器成为核心部分的结点。
下面归纳三种交换方式在数据传送阶段的主要特点
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。
几种不同类型的网络
广域网WAN
广域网的作用范围通常为几十到几千公里，因而有时也称为远程网。广域网是因特网的核心部分，其任务是通过长距离运送主机所发送的数据。
城域网MAN
城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个的城市，其作用距离约为5-50km。城域网可以为一个或几个单位所拥有，但也可以是一个公用设施，用来将多个局域网进行互连。
局域网LAN
局域网一般用微型计算机或工作站通过高速通信线路相连，但地理上则局限在较小的范围。
个人区域网PAN
个人区域网就是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，因此也常称为无限个人区域网WPAN，其范围大概10m左右。
顺便指出，若中央处理机之间的距离非常近，则一般就称之为多处理机系统而不称它为计算机网络。
按网络的使用者进行分类
公用网
这是指电信公司出资建造的大型网络。
专用网
这是某个部门、某个行业为各自的特殊业务工作需要而建造的网络。
计算机网络体系结构的形成
计算机网络是个非常复杂的系统。比如设想一个最简单的情况：连接在网络上的两台计算机要互相传送文件。
显然这两台计算机之间必须有一条传送数据的通路。还有以下几项工作需要去完成：
1.发起通信的计算机必须将数据通信的通路进行激活。所谓激活就是要发出一些信令，保证要传送的计算机数据能在这条通路上正确发送和接受。
2.要告诉网络如何识别接收数据的计算机。
3.发起通信的计算机必须查明对方计算机是否已开机，并且与网络连接正常。
4.发起通信的计算机中的应用程序必须弄清楚，在对方计算机中的文件管理程序是否已做好接收文件和存储文件的准备工作。
5.若计算机的文件格式不兼容，则至少其中的一台计算机应完成格式转换功能。
6.对出现的各种差错和意外事故，如数据传送错误、重复或丢失，网络中某个节点交换机出故障等，应当有可靠的措施保证对方计算机最终能够收到正确的文件。
由此可见，互相通信的两个计算机系统必须高速协调工作才行，而这种协调是相当复杂的。
计算机网络体系结构
应用层
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。这里的进程就是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要有不同的应用层协议。
运输层
运输层的任务就是负责向两个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。所谓通用，是指并不针对某个特定网络应用，而是多种应用可以使用同一个传输层服务。由于一台主机可以同时运行多个进程，因此传输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面传输层的服务，分用与复用相反，是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
运输层主要使用一下两种协议：

1.传输控制协议TCP–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
2.用户数据报协议UDP–提供无连接的、尽最大努力的数据传输服务，其数据传输的单位是用户数据报。
网络层
网络层负责为分组交换网上的不同主机提供的通信服务。在发送数据时，网络层把传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，因此分组也叫作IP数据报或简称为数据报。
网络层的另一个任务就是要选择合适的路由，使源主机传输层所传下来的分组能够通过网络中的路由器找到目的主机。
这里要强调指出，网络层中的网络已不是我们通常谈到的具体的网络，而是在计算机网络体系结构模型中的专用名词。
因特网是一个很大的互连网，它是由大量的异构网络通过路由器相互连接起来。因特网主要的网络层协议是无连接的网际协议IP和许多中路由选择协议，因此因特网的网络层也叫作网际层或IP层。
数据链路层
数据链路层常简称为链路层。我们知道，两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层的协议。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，在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息。
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，就可以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受到的帧中有无差错。如发现有差错，数据链路层就简单地丢弃这个出了差错的帧，以免继续在网络中传送下去白白浪费网络资源。如果需要改正数据在数据链路层传输时出现的差错，那么就要采用可靠传输协议来纠正出现的差错。这种方法会使数据链路层的协议复杂些。
物理层
在物理层上所传数据的单位是比特。发送方发送1时，接受方应当收到1而不是0。因此物理层要考虑用多大的电压代表1或0，以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。
在因特网所使用的各种协议中，最重要的和最著名的就是TCP和IP两个协议。现在人们经常提到的TCP/IP协议不一定是单指TCP和IP这两个具体的协议，而往往是表示因特网所使用的整个TCP/IP协议族。
总的来说TCP/IP协议是可以为提供各式各样的应用提供服务，同时TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行。