计算机网络 - 概述
计算机网络是现代信息社会的重要基础设施之一，它使得全球范围内的计算机可以互相连接和通信。本文将介绍计算机网络的基本概念、组成要素以及网络体系结构，以帮助您理解这一领域的重要概念和原理。
网络的网络
计算机网络是由多个计算机互相连接而成的系统，而互连网（internet）则是将多种不同的网络连接起来，因此互连网可以被看作是网络的网络。全球范围内的互连网被称为互联网（Internet）。
互联网的构成可以用一个简单的图示来表示：
ISP（互联网服务提供商）
互联网服务提供商（ISP）是连接个人和组织到互联网的关键媒介。ISP 拥有通信线路、路由器等设备，并从互联网管理机构获取大量 IP 地址。用户通过向 ISP 缴纳费用来接入互联网。互联网的结构通常是多层次的 ISP 结构，包括第一层 ISP、区域 ISP 和接入 ISP。此外，互联网交换点（IXP）允许两个 ISP 直接连接，而无需经过第三个 ISP。
主机之间的通信方式
在计算机网络中，主机之间的通信可以采用不同的方式：
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客户-服务器（C/S）模式： 在这种模式下，客户是服务的请求方，而服务器是服务的提供方。客户向服务器发送请求，服务器响应并提供所需的服务。这种模式常用于 Web 浏览、电子邮件等场景。
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对等（P2P）模式： 对等模式不区分客户和服务器，所有参与者都可以充当客户和服务器。这种模式常用于文件共享、实时通信等场景。
电路交换与分组交换
1. 电路交换
电路交换是一种用于电话通信系统的传输方式。在电路交换中，通信双方需要建立一条专用的物理链路，并在通信过程中一直占用该链路。这导致电路交换的线路利用率较低，通常不到 10%。
2. 分组交换
分组交换则是一种更灵活的传输方式。在分组交换中，数据被划分为小的数据包（分组），每个分组包含控制信息和实际数据。这些分组可以在同一传输线路上同时传输，不会互相干扰，因此分组交换不需要一直占用传输线路。分组交换中使用了存储转发过程，类似于邮局系统将邮件存储后一起转发到目的地。
时延
在计算机网络中，数据传输需要经历多种时延：
- 排队时延（Queuing Delay）： 分组在路由器的输入队列和输出队列中排队等待的时间。这个时延取决于网络的当前通信量。
- 处理时延（Processing Delay）： 主机或路由器收到分组后进行处理所需的时间，包括解析首部、提取数据、进行差错检验或查找适当的路由等。
- 传输时延（Transmission Delay）： 主机或路由器传输数据帧所需的时间，计算公式为：传输时延 = 数据帧长度 / 传输速率。
- 传播时延（Propagation Delay）： 电磁波在信道中传播所需的时间，计算公式为：传播时延 = 信道长度 / 传播速度。
总时延可以表示为这四个时延的总和：
总时延 = 排队时延 + 处理时延 + 传输时延 + 传播时延
这些时延影响了数据在网络中的传输速度和延迟。
计算机网络体系结构
计算机网络按照功能和协议的不同分为多个层次，常见的网络体系结构包括五层协议、OSI 模型和 TCP/IP 模型。
1. 五层协议
五层协议是一种常用的网络体系结构，它包括以下五个层次：
- 物理层（Physical Layer）： 负责处理物理传输媒体上的原始比特流，屏蔽了传输媒体和通信手段的差异。
- 数据链路层（Data Link Layer）： 提供同一链路上的主机之间的数据传输服务，将网络层传递的分组封装成帧。
- 网络层（Network Layer）： 为主机提
供数据传输服务，将传输层传递的数据封装成分组，并负责数据的路由和转发。
- 传输层（Transport Layer）： 为进程提供通用的数据传输服务，包括传输控制协议 TCP 和用户数据报协议 UDP。
- 应用层（Application Layer）： 为特定应用程序提供数据传输服务，例如 HTTP、DNS 等协议。
2. OSI 模型
OSI 模型是另一种网络体系结构，它包括七个层次，比五层协议多了表示层和会话层，用于处理数据的表示和会话建立管理。
- 物理层（Physical Layer）： 处理物理传输媒体上的比特流。
- 数据链路层（Data Link Layer）： 提供链路上的数据传输服务，负责帧的传输和错误检测。
- 网络层（Network Layer）： 负责数据的路由和转发，将数据传递到目的地。
- 传输层（Transport Layer）： 提供端到端的数据传输服务，包括 TCP 和 UDP。
- 会话层（Session Layer）： 建立、管理和终止会话。
- 表示层（Presentation Layer）： 处理数据的表示、压缩和加密。
- 应用层（Application Layer）： 为应用程序提供数据传输服务。
3. TCP/IP 模型
TCP/IP 模型是实际互联网采用的网络体系结构，它将五层协议中的数据链路层和物理层合并为网络接口层。此外，应用层可能会直接使用 IP 层或网络接口层。
4. 数据在各层之间的传递过程
在数据传输过程中，数据在不同层之间进行封装和解封装。向下传输时，每层都会添加相应的首部或尾部，而向上传输时则会将这些首部或尾部逐层拆开。
需要注意的是，路由器只涉及网络层、数据链路层和物理层，因为它位于网络核心中，不需要为进程或应用程序提供服务。
以上是计算机网络的基本概述，涵盖了网络的网络、ISP、主机通信方式、电路交换与分组交换、时延以及网络体系结构等重要主题。计算机网络是一个广泛而复杂的领域，不断发展演变，但这些基本概念和原理将帮助您深入理解网络技术的核心概念。在后续的文章中，我们将更深入地探讨网络的各个方面。