因特網(wǎng)概述
因特網(wǎng)（Internet）是全球最大的計算機網(wǎng)絡，連接了數(shù)以億計的計算設備，如計算機、智能手機、服務器等。它通過一套通用的協(xié)議（主要是TCP/IP協(xié)議族）實現(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)絡結(jié)構(gòu)，由眾多互聯(lián)網(wǎng)服務提供商（ISP）的網(wǎng)絡相互連接而成，沒有單一的中心控制點。其應用已滲透到社會生活的方方面面，如萬維網(wǎng)（WWW）、電子郵件、流媒體和云計算等。
三種交換方式
在計算機網(wǎng)絡中，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡從源點傳送到終點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，并在整個通信期間獨占該線路，直到通信結(jié)束才釋放。傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡是典型代表。其優(yōu)點是傳輸時延小、實時性強；缺點是線路利用率低，建立連接耗時。
- 報文交換：以整個報文（要發(fā)送的完整數(shù)據(jù)塊）為交換單位。每個報文都帶有源地址和目的地址，網(wǎng)絡節(jié)點（如路由器）接收整個報文后暫存，再根據(jù)地址轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點，直至目的地。這種方式無需建立專用通路，線路利用率高，但報文在節(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延較大，且對節(jié)點緩存要求高。
- 分組交換：將報文分割成更小的、長度固定的數(shù)據(jù)塊，稱為“分組”或“包”。每個分組獨立路由，通過網(wǎng)絡傳輸，在目的地重新組裝成原始報文。這是現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡（包括因特網(wǎng)）采用的核心技術(shù)。它兼具了電路交換和報文交換的優(yōu)點：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)絡互聯(lián)的關鍵。
計算機網(wǎng)絡定義和分類
定義：計算機網(wǎng)絡是指將地理位置不同的、具有獨立功能的多個計算機系統(tǒng)及其外部設備，通過通信線路和通信設備連接起來，在網(wǎng)絡操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡管理軟件及網(wǎng)絡通信協(xié)議的管理和協(xié)調(diào)下，實現(xiàn)資源共享和信息傳遞的系統(tǒng)。
分類（按地理范圍劃分）：
- 個域網(wǎng)：覆蓋范圍最小，通常在個人工作區(qū)，如藍牙連接。
- 局域網(wǎng)：覆蓋有限的地理區(qū)域，如一個辦公室、一棟樓或一個校園，具有高數(shù)據(jù)傳輸率、低誤碼率的特點。以太網(wǎng)和Wi-Fi是常見技術(shù)。
- 城域網(wǎng)：覆蓋一個城市，通常作為多個局域網(wǎng)的骨干網(wǎng)。
- 廣域網(wǎng)：覆蓋范圍最廣，可以是一個國家、地區(qū)甚至全球。因特網(wǎng)是最大的廣域網(wǎng)。其技術(shù)復雜，通常利用公用電信網(wǎng)絡。
計算機網(wǎng)絡的性能指標
用于評估計算機網(wǎng)絡性能的主要指標包括：
- 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。注意與表示存儲容量的字節(jié)（Byte）區(qū)分。
- 帶寬：在計算機網(wǎng)絡中，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)絡的通信能力。
- 吞吐量：單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡（或信道、接口）的實際數(shù)據(jù)量。受帶寬、網(wǎng)絡擁堵程度等因素影響。
- 時延：數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡的一端傳送到另一端所需的時間。由以下幾部分構(gòu)成：
- 發(fā)送時延：節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需時間。
- 傳播時延：電磁波在信道中傳播一定距離所需時間。
- 處理時延：節(jié)點對數(shù)據(jù)進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)處理所需時間。
- 排隊時延：數(shù)據(jù)在節(jié)點中排隊等待處理的時間。
- 時延帶寬積：傳播時延與帶寬的乘積，表示鏈路上可容納的比特數(shù)量，即“以比特為單位的鏈路長度”。
- 往返時間：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所經(jīng)歷的總時間。
- 利用率：包括信道利用率和網(wǎng)絡利用率。過高利用率會導致時延急劇增加。
計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)
為了降低網(wǎng)絡設計的復雜性，計算機網(wǎng)絡采用分層結(jié)構(gòu)，每一層都建立在下一層的基礎上，并為上一層提供服務。這種分層模型和協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)。最著名的模型是OSI七層參考模型（理論標準）和實際廣泛應用的TCP/IP四層模型。
- TCP/IP四層模型（從下至上）：
- 網(wǎng)絡接口層：負責在物理網(wǎng)絡上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀。
- 網(wǎng)際層：核心協(xié)議是IP，負責將數(shù)據(jù)包從源主機路由到目的主機。
- 傳輸層：主要協(xié)議有TCP（面向連接、可靠）和UDP（無連接、高效），負責端到端的通信。
- 應用層：包含各種高層協(xié)議，如HTTP、FTP、DNS、SMTP等，為用戶應用程序提供網(wǎng)絡服務。
- 五層協(xié)議學習模型（折中方案，便于教學）：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、應用層。
分層結(jié)構(gòu)的關鍵概念是協(xié)議（對等層規(guī)則）、接口（相鄰層服務訪問點）和服務（下層為上層提供的功能）。
計算機系統(tǒng)服務
這里的“計算機系統(tǒng)服務”在計算機網(wǎng)絡語境下，通常指網(wǎng)絡為連接在其上的主機（端系統(tǒng)）提供的核心服務。這些服務由網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中的各層協(xié)議共同實現(xiàn)，主要包括：
- 連通性服務：最基本服務，使端系統(tǒng)之間能夠互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)互聯(lián)互通。IP層提供了主機到主機的邏輯通信能力。
- 資源共享服務：允許多個用戶共享網(wǎng)絡中的硬件（如打印機、存儲設備）、軟件和數(shù)據(jù)資源。這是組建網(wǎng)絡的主要目的之一。
- 信息服務：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：確保數(shù)據(jù)能準確、有序、無差錯地從發(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：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)絡過載），以及一定的服務質(zhì)量保證。
- 安全服務：通過加密、認證、訪問控制等手段，保護數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性、完整性和可用性，防止未授權(quán)訪問和攻擊。
這些服務共同構(gòu)成了現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡強大功能的基礎，支撐著豐富多彩的互聯(lián)網(wǎng)應用。
