计算机网络：计算机网络概述

因特网概述

网络，互连网，因特网

网络是由若干节点和连接这些节点的链路组成的

计算机网络中的节点可以是计算机，集线器，交换机或路由器等。节点之间的互联还需要使用链路，可以是有线链路，也可以是无线链路。

本图中，四个节点和三段链路就构成了一个简单的网络，一个网络可以用一朵云表示，所以上图整体可以用一个云概括。

多个网络还可以通过路由器互联起来，这样就构成了一个范围更大的网络及互联网，例如下图所示：

这些网络可以通过路由器进行互联，形成一个更大的互连网，因此互连网也可称为网络的网络。

我们几乎每天都在使用的因特网是世界上最大的互连网，因特网也称为互联网（注意区分互连网与互联网），它的用户数以亿计，互联的网络数以百万计。计算机网络学习中，因特网常常用一朵云表示。连接在因特网上的计算机称为主机，而因特网内部的细节，也就是路由器是怎样把许多网络连接起来的，往往省略不用给出。

这里我们需要区分一下这两个英文单词的含义：

以小写字母 i 开头的英文单词 internet 是一个通用名词，翻译为互连网。它泛指由多个计算机网络互联而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。
以大写字母 I开头的英文单词 Internet 则是一个专用名词，翻译为因特网，也称为互联网。它特指当前全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的特定计算机网络。它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARAPNET。

因特网发展的三个阶段

因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进，接下来我们来看看因特网发展的三个阶段。

第一阶段：1969 - 1985从单个网络ARAPNET向互联网发展。

1969 年，美国国防部创建了第一个分组交换网ARAPNE：
到了 20 世纪 70 年代中期，人们已认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信问题。这就导致了后来互联网的出现。这样的互联网就成为了现在的因特网的雏形。
1983 年， TCP/IP 协议成为 ARAPNE 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都能利用互联网相互通信。因而人们就把 1983 年作为因特网的诞生时间第二阶段，逐步建成三级结构的因特网。

第二阶段：1985 - 1993逐步建成三级结构的因特网。

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，也就是国家科学基金网 NSFNET。它是一个三级结构的网络，分为主干网、地区网和校园网，或者是企业网。该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。

1990 年，美国国防部创建的 ARAPNET 任务完成，正式关闭。
1991 年，美国国家科学基金会 NSF 和美国的其他政府机构开始认识到因特网必将扩大，其使用范围不应仅限于大学和研究机构。于是美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来运营，并开始对接入因特网的单位收费。

第三阶段：1993至今逐渐形成了多层次 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英特王主干王取代，而政府机构不再负责因特网的运营，而是让各种因特网服务提供者 ISP 来运营。
1994 年由欧洲原子核研究组织开发的万维网，也就是 3W 技术在因特网上被广泛使用，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，促使因特网迅猛发展。
1995 年， NSFNET 停止运作，因特网彻底商业化。

下面我们来解释一下因特网服务提供者ISP：

普通用户是如何接入到因特网的？实际上是通过 ISP 接入因特网的。 ISP 可以从因特网管理机构申请到成块的 IP 地址，同时拥有通信线路以及路由器等联网设备。任何机构和个人只要向 ISP 交纳规定的费用，就可以从 ISP 得到所需要的 IP 地址。这一点很重要，因为因特网上的主机都必须有 IP 地址才能进行通信，这样就可以通过该 ISP 接入到因特网。我国主要的 ISP 是我们大家都比较熟悉的，中国电信、中国联通和中国移动。

根据提供服务的覆盖面积大小及所拥有的 IP 地址块数量不同， ISP也分成不同的层次。

下面给出基于 ISP 的三层结构：

因特网示意图最高级别的第一层 ISP的面积最大。第一层 ISP通常也被称为因特网主干网，一般都能够覆盖国际性区域范围，并拥有高速链路和交换设备。
第二层ISP也称为地区ISP，与第一层 ISP之间直接互联，通常具有区域性或国家性，覆盖规模与少数第一层 ISP相连接。
第三层 ISP又称为本地ISP，他们是第二层 ISP的用户，且只拥有本地范围的网络。一般的校园网或企业网以及住宅用户和无线移动用户都是第三层 ISP用户。

从该图可以看出，因特网逐渐演变成基于 ISP的多层次结构网络，但今天的因特网由于规模太大，已经很难对整个网络的结构给出细致的描述，但下面这种情况是经常遇到的，就是相隔较远的两台主机间的通信可能需要经过多个ISP。

因特网的标准化工作

接下来我们介绍一下因特网的标准化工作，其对因特网的发展起到了非常重要的作用。因特网在制定其标准上的一个很大的特点就是面向公众，因特网所有的 RFC 技术文档都可以从因特网上免费下载，任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的意见或建议。因特网协会 ISOC 是一个国际性组织，他负责对因特网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。其体系如下：

ISOC下设的因特网体系结构委员会 IAB 负责管理因特网有关协议的开发。 IAB 下的因特网工程部 IETF 负责研究中短期工程问题，主要针对协议的开发和标准化。 IAB 下的因特网研究部 IRTF 从事理论方面的研究和开发，一些需要长期考虑的问题。

制定因特网的正式标准要经过以下四个阶段：

第一阶段：互联网草案阶段（在这个阶段还不是 RFC 文档）。

第二阶段：建议标准（该阶段开始成为 RFC 文档）。

第三阶段：草案标准

第四阶段：因特网标准

值得注意的是，并非所有的 RFC 文档都是因特网标准，只有一小部分 RFC 文档最后才能变成因特网标准。

因特网组成

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，但从功能上看可以划分为两部分：边缘部分，核心部分。

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。边缘部分中的主机可以是台式电脑或大型服务器，也可以是笔记本电脑、平板电脑，还可以是智能手机、智能手表以及物联网智能硬件，例如空气质量监测仪、智能摄像头等。

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，也就是提供连通和交换。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，但我们不称它为主机。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，这是网络核心部分最重要的功能。

计算机网络的定义

计算机网络的精确定义并未统一，换句话说，全世界没有一个对计算机网络的公认的唯一定义。这里我们给出一个计算机网络的最简单定义：

计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。

我们可以从该定义中找出三个关键词：互联、自治，集合。

互联是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信。
自治是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用。
集合是指至少需要两台计算机。

下面我们给出现阶段计算机网络的较好的定义：

计算机网络主要是由一些通用的可编程的硬件互联而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。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。

该定义表明，计算机网络所连接的硬件并不限于一般的计算机，而是包括了智能手机等智能硬件。该定义还表明计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种应用，包括今后可能出现的各种应用。

计算机网络的分类

我们可以从不同的角度对计算机网络进行分类。例如按使用者分类，按传输介质分类，按覆盖范围分类，按拓扑结构分类。

按使用者分类

按使用者分类可以分为公用网、专用网。

公用网：电信公司出资建造的大型网络，公用的意思就是所有愿意按电信公司的规定交纳费用的人都可以使用这种网络。因此公用网也可称为公众网
专用网：某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建立的网络，这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如军队、铁路、电力等系统均有本系统的专用网。

按传输介质分类

按传输介质分类可以分为有线网络和无线网络。

有线网络：包括双绞线网络、光纤网络等。
无线网络：使用WIFI技术目前应用比较普遍，

按网络的覆盖范围分类

按网络的覆盖范围分类可以分为广域网 WAN，城域网 MAN ，局域网 LAN ，个域网 PAN。

广域网 WAN ：广域网的覆盖范围通常为几十公里到几千公里，可以覆盖一个国家、地区，甚至横跨几个州，因而有时也称为远程网。广域网是因特网的核心部分，其任务是为核心路由器提供远距离服务，高速连接互联分布在不同区域的城域网和局域网。
城域网 MAN ：城域网的覆盖范围一般可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离为 5- 50 公里。城域网通常作为城市骨干网，互联大量企业、机构和校园局域网。近几年，城域网已开始成为现代城市的信息服务基础设施，为大量用户提供接入和各种信息服务，并有趋势将传统的电信服务、有线电视服务和互联网服务融为一体（三网融合）。
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，速率通常在 10 兆比特每秒以上。但地理上则局限在较小的范围内，如一个实验室、一幢楼或一个校园内，距离一般在一公里左右。局域网通常由某个单位单独拥有、使用和维护。在局域网发展的初期，一个学校或工厂往往只拥有一个局域网，现在局域网已被非常广泛的使用。一个学校或企业大都拥有许多个互联的局域网，这样的网络通常称为校园网或企业网。
个域网 PAN ：个域网是个人区域网络的简称，它不同于上述网络，不是用来连接普通计算机的，而是在个人工作的地方，把属于个人使用的电子设备，例如便携式计算机、打印机、鼠标、键盘、耳机等用无线技术连接起来的网络，因此也常称为无线个人区域网WPAN，其覆盖范围大约为 10 米。需要注意的是，若中央处理机之间的距离非常近，例如仅一米的数量级甚至更小，则一般就称之为多处理机系统，而不称它为计算机网络。

按拓扑结构分类

计算机网络还可以按拓扑结构分类，可以分为总线型网络、星型网络、环形网络和网状型网络。

总线型网络：总线型网络使用单根传输线把计算机连接起来。它的优点是建网容易，增减节点方便，节省线路。缺点是重负载时通讯效率不高，总线任意一处出现故障则全网瘫痪。

星型网络：星型网络是将每个计算机都以单独的线路与中央设备相连。中央设备早期是计算机，后来是集线器，现在一般是交换机或路由器。这种网络拓扑便于网络的集中控制和管理，因为端用户之间的通信必须经过中央设备，缺点是成本高，中央设备对故障敏感。

环形网络：环形网络是将所有计算机的网络接口连接成一个环，局域网环可以是单环，也可以是双环，环中信号是单向传输的。

网状型网络 ：一般情况下，每个节点至少有两条路径与其他节点相连。多用在广域网中，其优点是可靠性高，缺点是控制复杂，线路成本高。

需要注意的是，以上 4 种基本的网络拓扑还可以互联为更复杂的网络。