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計算機網路——概述（1）

2021-03-10 12:01:31

目錄

1.1 計算機網路在資訊時代中的作用

21世紀的一些重要特徵就是數位化、網路化和資訊化，計算機和網路已經成為當今資訊時代的核心，已經成為資訊社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎。
大眾熟悉的三大類網路：電信網路、有線電視網路、計算機網路，其中發展最快並起到核心作用的是計算機網路。

網際網路的兩大特點

連通性

（1）上網使用者之間都可以交換資訊（資料，以及各種音訊視訊） ，好像這些使用者的計算機都可以彼此直接連通一樣。
（2）網際網路具有虛擬的特點，無法準確知道對方是誰，也無法知道對方的位置。

共用

（1）所謂共用就是指資源共用。
（2）資源共用的含義是多方面的。可以是資訊共用、軟體共用，也可以是硬體共用。

1.2 網際網路概述

1.2.1 網路的網路

給出一些基本概念

計算機網路（簡稱：網路）：有若干結點和連線這些結點的鏈路組成，網路中的結點可以實計算機、集線器、交換機和路由器等。
互連網（internet）：網路之間通過路由器互連起來，構成的覆蓋範圍更大的計算機網路。因此互連網是「網路的網路」
網際網路（Internet）：它起源於美國，是由數量極大的各種計算機網路互連起來而形成的一個互連網路。它採用 TCP/IP 協定族作為通訊規則，是一個覆蓋全球、實現全球範圍內連通性和資源共用的計算機網路。
主機：與網路相連的計算機

網際網路是目前技術最為成功、應用最為廣泛的計算機網路

internet 和 Internet 的區別

以小寫字母 「i」 開始的 internet（互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網路互連而成的網路。
以大寫字母 「I」 開始的的 Internet（網際網路或因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網路相互連線而成的特定計算機網路，它採用 TCP/IP 協定族作為通訊的規則，且其前身是美國的 ARPANET。

網際網路與互連網不同點

網際網路（Internet）互連網（internet）
特指遵循 TCP/IP 標準、利用路由器將各種計算機網路互連起來而形成的、一個覆蓋全球的、特定的互連網泛指由多個不同型別計算機網路互連而成的網路
使用 TCP/IP除 TCP/IP 外，還可以使用其他協定
專用名詞通用名詞

1.2.2 網際網路基礎結構發展的三個階段

第一階段：從單個網路 ARPANET向網際網路發展的過程。

1969年，美國國防部建立第一個分組交換網ARPANET。
1983年，TCP/IP 協定成為 ARPANET上的標準協定，使得所有使用 TCP/IP 協定的計算機都能利用網際網路相互通訊。
1990年，ARPANET正式宣佈關閉。

第二階段：建成了三級結構的網際網路。

它是一個三級計算機網路，分為主幹網、地區網和校園網（或企業網）。
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第三階段：逐漸形成了多層次ISP結構的網際網路。

出現了網際網路服務提供者ISP(Internet Service Provider)。任何機構和個人只要向某個ISP交納規定的費用，就可從該ISP獲取所需IP地址的使用權，並可通過該ISP接入到網際網路。根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，ISP也分成為不同層次的ISP：主幹ISP、地區ISP和本地ISP。
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網際網路交換點IXP：主要作用為允許兩個網路直接相連並交換分組，而不需要在通過第三個網路來分組

全球資訊網WWW的誕生

網際網路已經成為世界上規模最大和增長速率最快的計算機網路，沒有人能夠準確說出網際網路究竟有多大。
網際網路的迅猛發展始於20世紀90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發的全球資訊網WWW (World Wide Web) 被廣泛使用在網際網路上，大大方便了廣大非網路專業人員對網路的使用，成為網際網路的這種指數級增長的主要驅動力。

全球資訊網之父——蒂姆·伯納斯·李

1.2.3 網際網路的標準化工作

網際網路的標準化工作對網際網路的發展起到了非常重要的作用。

成為網際網路正式標準要經過的階段

  • 網際網路草案 (Internet Draft) ——有效期只有六個月，這個階段還不是RFC檔案。
  • 建議標準 (Proposed Standard) ——從這個階段開始就成為RFC檔案。
  • 網際網路標準 (Internet Standard) ——達到正式標準後，每個標準就分配到一個編號 STD xxxx。 一個標準可以和多個RFC檔案關聯。

現在簡化為二個階段：建議標準，網際網路標準。

網際網路標準的特點，是自發而非政府幹預的；
1969年ARPANET時就開始釋出RFC，至2021年3月最大編號為FC9003

1.3 網際網路的組成

從網際網路的工作方式上看，可以劃分為兩大塊：
（1）邊緣部分： 由所有連線在網際網路上的主機組成。這部分是使用者直接使用的，用來進行通訊（傳送資料、音訊或視訊）和資源共用。
（2）核心部分：由大量網路和連線這些網路的路由器組成。這部分是為邊緣部分提供服務的（提供連通性和交換）。
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1.3.1 網際網路的邊緣部分

處在網際網路邊緣的部分就是連線在網際網路上的所有的主機。這些主機又稱為端系統 (end system)。

端系統在功能上可能有很大的差別：

  • 小的端系統可以是一臺普通個人電腦，具有上網功能的智慧手機，甚至是一個很小的網路攝像頭。
  • 大的端系統則可以是一臺非常昂貴的大型計算機。 端系統的擁有者可以是個人，也可以是單位（如學校、企業、政府機關等），當然也可以是某個ISP。

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我們說的：「主機A和主機B進行通訊」指的是：「主機A的某個程序和主機B的另一個程序進行通訊」，簡稱為「計算機之間通訊」

端系統之間的兩種通訊方式

端系統之間的通訊方式通常可劃分為兩大類：

客戶-伺服器方式（C/S方式）

即Client/Server方式，簡稱為C/S方式。
在這種方式中,客戶 (client) 和伺服器 (server) 都是指通訊中所涉及的兩個應用程序。
客戶-伺服器方式所描述的是程序之間服務和被服務的關係。
客戶是服務的請求方，伺服器是服務的提供方。
服務請求方和服務提供方都要使用網路核心部分所提供的服務。

同時,實際應用中還具有以下特點

客戶程式

（1）被使用者呼叫後執行,在通訊時主動向遠地伺服器發起通訊。因此客戶程式必須知道伺服器程式的地址
（2）不需要特殊的硬體和很複雜的作業系統

伺服器程式

（1）是一種專門用來提供某種服務的程式，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求
（2）系統啟動後即自動呼叫並一直不斷執行著，被動地等待並接收來自各地的客戶的通訊請求，因此，伺服器程式不需要知道客戶程式的地址
（3）一般需要有強大的硬體和高階的作業系統支援

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對等方式（P2P方式）

即Peer-to-Peer方式 ，簡稱為P2P方式。
對等連線 (peer-to-peer，簡寫為P2P) 是指兩個主機在通訊時並不區分哪一個是服務請求方還是服務提供方。
只要兩個主機都執行了對等連線軟體 (P2P軟體) ，它們就可以進行平等的、對等連線通訊。
雙方都可以下載對方已經儲存在硬碟中的共用檔案。

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1.3.2 網際網路的核心部分

在網路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）
路由器是實現分組交換的關鍵構建，其任務是轉發收到的分組，這是網路核心部分最重要的功能。

典型交換技術包括：

  • 電路交換
  • 分組交換
  • 報文交換等

電路交換的主要特點

電路交換必定是面向連線的。
電路交換分為三個階段：

  • 建立連線：建立一條專用的物理通路，以保證雙方通話時所需的通訊資源在通訊時不會被其他使用者佔用；
  • 通訊：主叫和被叫雙方就能互相通電話；
  • 釋放連線：釋放剛才使用的這條專用的物理通路（釋放剛才佔用的所有通訊資源）。

電路交換的通訊線路利用率往往很低。

分組交換的主要特點

分組交換則採用儲存轉發技術。

分組交換的傳輸單元

  • 每一個分組的首部都含有地址（諸如目的地址和源地址）等控制資訊。
  • 分組交換網中的結點交換機根據收到的分組首部中的地址資訊，把分組轉發到下一個結點交換機。
  • 每個分組在網際網路中獨立地選擇傳輸路徑。
  • 用這樣的儲存轉發方式，最後分組就能到達最終目的地。

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路由器

在路由器中的輸入和輸出埠之間沒有直接連線。

路由器處理分組的過程是：

  • 把收到的分組先放入快取（暫時儲存）；
  • 查詢轉發表，找出到某個目的地址應從哪個埠轉發；
  • 把分組送到適當的埠轉發出去。

分組交換的優點

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報文交換

在20世紀40年代，電報通訊也採用了基於儲存轉發原理的報文交換 (message switching)。
報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等。現在報文交換已經很少有人使用了。

三種交換技術的比較

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1.4 計算機網路在我國的發展

1980年，鐵道部開始進行計算機聯網實驗。
1989年11月，我國第一個公用分組交換網CNPAC建成執行。
1994年4月20日，我國用64kbit/s專線正式連入網際網路，我國被國際上正式承認為接入網際網路的國家。
1994年5月，中國科學院高能物理研究所設立了我國的第一個全球資訊網伺服器。
1994年9月，中國公用計算機網際網路CHINANET正式啟動。

到目前為止，我國陸續建造了基於網際網路技術的並能夠和網際網路互連的多個全國範圍的公用計算機網路，其中規模最大的就是下面這五個：

  • 中國電信網際網路 CHINANET（也就是原來的中國公用計算機網際網路）
  • 中國聯通網際網路 UNINET
  • 中國行動網際網路 CMNET
  • 中國教育和科研計算機網 CERNET
  • 中國科學技術網 CSTNET

中國教育和科研計算機網CERNET(China Education and Research NETwork) 始建於1994年，是我國第一個IPv4網際網路主幹網。
2004年2月，我國的第一個下一代網際網路CNGI的主幹網CERNET2試驗網正式開通，並提供服務。
中國網際網路絡資訊中心CNNIC(ChiNa Network Information Center) 每年兩次公佈我國網際網路的發展情況。

參考教材

《計算機網路》（第七版） 謝希仁著 電子工業出版社

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