计算机网络在信息时代的作用

计算机网络在信息时代的作用

  • 已由一种通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施，成为生活中不可或缺的一部分

中国互联网络信息中心：http://www.cnnic.net.cn/

  • “中国互联网发展研究报告”
  • “第43次中国互联网络发展状况统计报告”

既然你无法逃避接触Internet，那么为何不去了解它并且使用它呢。——互联网之父温顿瑟夫

因特网概述

网络、互联网、因特网

  1. 网络（Network）由若干结点（Node）和连接这些结点的链路（link）组成
  2. 多个网络还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（或互连网）。因此，互联网又被称为“网络的网络（Network of Networks）”
  3. 因特网（Internet）是世界上最大的互连网络（用户数以以及，互连的网络数以百万计）
    1. 连接在因特网上的计算机称为主机
    2. 因特网内部的细节则没有给出，通常用一朵云表示因特网

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internet与Internet

internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议是任意的。

Internet（因特网）则是一个专有名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接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ARPANET。

因特网发展的三个阶段

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因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进

  1. 第一阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展
    1. 1969年，美国国防部创建了第一个分组交换网ArpaNet
    2. 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
    3. 1983年，TCP/IP协议成为ArpaNet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
  2. 第二阶段：逐步建成三级结构的因特网
    1. NsfNet是一个三级结构的网络，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
    2. 1990，ArpaNet任务完成，正式关闭
    3. 1991年，NSF与美国其他政府机构开始认识到，因特网必将扩大其使用范围，不应仅限于大学与研究机构。于是，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费
  3. 第三阶段：逐渐形成了多层次ISP结构的因特网
    1. 万维网技术大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用

因特网服务提供者ISP

普通用户是如何接入到因特网的呢？
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普通用户通过ISP接入因特网

  • 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连网设备
  • 任何机构和个人只要向ISP交纳规定的费用，就可从ISP得到所需的IP地址。因特网上的主机都必须要有IP地址才能进行通信。这样就能通过ISP接入到因特网。

我国的ISP

  • 中国电信、中国联通、中国移动这三大电信运营商；
  • 中国科技网；中国教育和科研计算机网

基于ISP的三层结构的因特网

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

  1. 最高级别的第一层ISP的服务面积最大，第一层ISP通常也被称为因特网主干网，一般都能覆盖国际性区域范围，并拥有高速链路和交换设备
  2. 第一层ISP之间直接互联
  3. 第二层ISP和一些大公司都是第一层ISP的用户，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

  4. 第三层ISP又称为本地ISP，它们是第二层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，以及住宅用户和无限移动用户，都是第三层ISP的用户

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    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。但如今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，相隔较远的两台主机间的通信可能需要经过多个ISP
  • 一旦某个用户能够接入到因特网，那么他也可以成为一个ISP。所需要做的就是购买一些如调制解调器或路由器这样的设备，让其他用户能够和他相连
  • 一个ISP可以很方便地在因特网拓扑上添加新的层次和分支

因特网的标准化工作

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  1. 并非所有的RPC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。但从功能上看，可以划分为以下两个部分：

按功能划分 说明
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（传送数据、音频或视频）和资源共享
1. 边缘部分的主机可以是台式电脑、大型服务器、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能手表、物联网智能硬件（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（提供连通性和交换）
1. 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
1. 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

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计算机网络的定义

当前，计算机网络的精确定义并未统一

  • 当前没有一个对计算机网络的公认的唯一定义
  • 在计算机网络不同的发展阶段，人们对计算机网络给出了不同的定义，这些定义反映了当前网络技术发展的水平

计算机网络的最简单定义：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

  • 互连：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：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：至少需要两台计算机

现阶段计算机网络较好的定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的（例如，传送数据或视频信号）。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。

  • 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
  • 计算机网络并非专门用来传送数据，而是能够支持很多种的应用（包括今后可能出现的各种应用）

计算机网络的分类

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按交换技术分类

按交换技术分类

  • 电路交换网络
  • 报文交换网络
  • 分组交换网络

按使用者分类

公用网（公众网）：电信公司出资建造的大型网络

  • 公用：所有愿意按电信公司规定交纳费用的人都可以使用这种网络

专用网：某个部门为本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络，不给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

有线网络：包括双绞线网络、光纤网络等
无线局域网使用的Wifi技术，目前应用比较普遍。

按覆盖范围分类

广域网

  • 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、甚至横跨几个洲。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的高速连接；互连分布在不同区域的城域网和局域网

城域网

  • 覆盖范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离为5到50公里
  • 城域网通常作为城市骨干网，互连大量企业、机构和校园局域网
  • 城域网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

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10Mbit/s以上。但地理上则局限在较小的范围内，如一个实验室、一栋楼、一个校园内。距离一般在1公里左右
  • 局域网通常由某个单位单独拥有、使用和维护

个域网

  • 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（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
  • 也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1米的数量级甚至更小，则一般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

说明
总线型
网络
- 使用单根传输线把计算机连接起来
- 优点：建网容易、增减结点方便、节省线路
- 缺点：重负载时通信效率不高，总线任意一点出现故障，则全网瘫痪
星形
网络
- 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，现在一般是交换器或路由器
- 优点：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：成本高，中央设备对故障敏感
环形
网络
- 是将所有计算机的网络接口连接成一个环。最典型的例子是令牌环局域网
- 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，每个结点至少由两条路径与其他结点相连，多用在广域网中
- 优点：可靠性高
- 缺点：控制复杂、线路成本高

以上四种网络拓扑，还可以互连为更复杂的网络
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