因特網(wǎng)概述
因特網(wǎng)（Internet）是全球最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，連接了數(shù)以億計(jì)的計(jì)算設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、服務(wù)器等。它通過一套通用的協(xié)議（主要是TCP/IP協(xié)議族）實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的信息交換與資源共享。因特網(wǎng)的核心是分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由眾多互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）的網(wǎng)絡(luò)相互連接而成，沒有單一的中心控制點(diǎn)。其應(yīng)用已滲透到社會(huì)生活的方方面面，如萬維網(wǎng)（WWW）、電子郵件、流媒體和云計(jì)算等。
三種交換方式
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)從源點(diǎn)傳送到終點(diǎn)主要采用三種交換技術(shù)：
- 電路交換：在通信開始前，需要在通信雙方之間建立一條專用的物理通路，并在整個(gè)通信期間獨(dú)占該線路，直到通信結(jié)束才釋放。傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)是典型代表。其優(yōu)點(diǎn)是傳輸時(shí)延小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)；缺點(diǎn)是線路利用率低，建立連接耗時(shí)。
- 報(bào)文交換：以整個(gè)報(bào)文（要發(fā)送的完整數(shù)據(jù)塊）為交換單位。每個(gè)報(bào)文都帶有源地址和目的地址，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如路由器）接收整個(gè)報(bào)文后暫存，再根據(jù)地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直至目的地。這種方式無需建立專用通路，線路利用率高，但報(bào)文在節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延較大，且對(duì)節(jié)點(diǎn)緩存要求高。
- 分組交換：將報(bào)文分割成更小的、長度固定的數(shù)據(jù)塊，稱為“分組”或“包”。每個(gè)分組獨(dú)立路由，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，在目的地重新組裝成原始報(bào)文。這是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（包括因特網(wǎng)）采用的核心技術(shù)。它兼具了電路交換和報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)：無需建立連接、線路利用率高、傳輸更靈活可靠（不同分組可走不同路徑），是支持大規(guī)模、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的關(guān)鍵。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義和分類
定義：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指將地理位置不同的、具有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其外部設(shè)備，通過通信線路和通信設(shè)備連接起來，在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理軟件及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。
分類（按地理范圍劃分）：
- 個(gè)域網(wǎng)：覆蓋范圍最小，通常在個(gè)人工作區(qū)，如藍(lán)牙連接。
- 局域網(wǎng)：覆蓋有限的地理區(qū)域，如一個(gè)辦公室、一棟樓或一個(gè)校園，具有高數(shù)據(jù)傳輸率、低誤碼率的特點(diǎn)。以太網(wǎng)和Wi-Fi是常見技術(shù)。
- 城域網(wǎng)：覆蓋一個(gè)城市，通常作為多個(gè)局域網(wǎng)的骨干網(wǎng)。
- 廣域網(wǎng)：覆蓋范圍最廣，可以是一個(gè)國家、地區(qū)甚至全球。因特網(wǎng)是最大的廣域網(wǎng)。其技術(shù)復(fù)雜，通常利用公用電信網(wǎng)絡(luò)。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)
用于評(píng)估計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的主要指標(biāo)包括：
- 速率：指數(shù)據(jù)的傳送速率，即比特率，單位是比特/秒（b/s）。常用單位有kb/s, Mb/s, Gb/s等。注意與表示存儲(chǔ)容量的字節(jié)（Byte）區(qū)分。
- 帶寬：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，帶寬指數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”，單位同速率。它表示網(wǎng)絡(luò)的通信能力。
- 吞吐量：單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的實(shí)際數(shù)據(jù)量。受帶寬、網(wǎng)絡(luò)擁堵程度等因素影響。
- 時(shí)延：數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。由以下幾部分構(gòu)成：
- 發(fā)送時(shí)延：節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需時(shí)間。
- 傳播時(shí)延：電磁波在信道中傳播一定距離所需時(shí)間。
- 處理時(shí)延：節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)處理所需時(shí)間。
- 排隊(duì)時(shí)延：數(shù)據(jù)在節(jié)點(diǎn)中排隊(duì)等待處理的時(shí)間。
- 時(shí)延帶寬積：傳播時(shí)延與帶寬的乘積，表示鏈路上可容納的比特?cái)?shù)量，即“以比特為單位的鏈路長度”。
- 往返時(shí)間：從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送方收到接收方的確認(rèn)所經(jīng)歷的總時(shí)間。
- 利用率：包括信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率。過高利用率會(huì)導(dǎo)致時(shí)延急劇增加。
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用分層結(jié)構(gòu)，每一層都建立在下一層的基礎(chǔ)上，并為上一層提供服務(wù)。這種分層模型和協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。最著名的模型是OSI七層參考模型（理論標(biāo)準(zhǔn)）和實(shí)際廣泛應(yīng)用的TCP/IP四層模型。
- TCP/IP四層模型（從下至上）：
- 網(wǎng)絡(luò)接口層：負(fù)責(zé)在物理網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀。
- 網(wǎng)際層：核心協(xié)議是IP，負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機(jī)路由到目的主機(jī)。
- 傳輸層：主要協(xié)議有TCP（面向連接、可靠）和UDP（無連接、高效），負(fù)責(zé)端到端的通信。
- 應(yīng)用層：包含各種高層協(xié)議，如HTTP、FTP、DNS、SMTP等，為用戶應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
- 五層協(xié)議學(xué)習(xí)模型（折中方案，便于教學(xué)）：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。
分層結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵概念是協(xié)議（對(duì)等層規(guī)則）、接口（相鄰層服務(wù)訪問點(diǎn)）和服務(wù)（下層為上層提供的功能）。
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)
這里的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)服務(wù)”在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)語境下，通常指網(wǎng)絡(luò)為連接在其上的主機(jī)（端系統(tǒng)）提供的核心服務(wù)。這些服務(wù)由網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的各層協(xié)議共同實(shí)現(xiàn)，主要包括：
- 連通性服務(wù)：最基本服務(wù)，使端系統(tǒng)之間能夠互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。IP層提供了主機(jī)到主機(jī)的邏輯通信能力。
- 資源共享服務(wù)：允許多個(gè)用戶共享網(wǎng)絡(luò)中的硬件（如打印機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備）、軟件和數(shù)據(jù)資源。這是組建網(wǎng)絡(luò)的主要目的之一。
- 信息服務(wù)：提供各種形式的信息傳遞與訪問，如網(wǎng)頁瀏覽（WWW）、文件傳輸（FTP）、電子郵件（E-mail）等。
- 可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)：確保數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確、有序、無差錯(cuò)地從發(fā)送方傳送到接收方。這主要由傳輸層的TCP協(xié)議等提供。
- 效率與性能保障服務(wù)：包括流量控制（防止發(fā)送方淹沒接收方）、擁塞控制（防止網(wǎng)絡(luò)過載），以及一定的服務(wù)質(zhì)量保證。
- 安全服務(wù)：通過加密、認(rèn)證、訪問控制等手段，保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性和可用性，防止未授權(quán)訪問和攻擊。
這些服務(wù)共同構(gòu)成了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大功能的基礎(chǔ)，支撐著豐富多彩的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
