本系列文章为笔者在校学习《计算机网络》课程所作的课程笔记，大多内容参考谢希仁编写的《计算机网络》。
从应用方面认识互联网的门槛较低，因为这不需要懂得很多的互联网原理。现在很多小学生都能够非常熟练的使用手机上的各种应用程序，这里主要讲解计算机网络的工作原理。
一、互联网概述
1.1、网络的网络
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计算机网络是由若干结点（
node）和连接这些结点的链路（link）组成。网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。 -
网络之间还可以通过路由器互连起来，这就构成了一个覆盖范围更大的计算机网络。这样的网络称为互连网（
internetwork或internet）。因此互连网是“网络的网络”（network of networks）。与网络相连的计算机常称为：主机
host。 -
网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把许多网络通过路由器连接在一
起。
1.2、互联网基础结构发展的三个阶段
1、第一阶段是从单个网络 ARPANET 向互连网发展的过程，1969年美国国防部创建了第一个分组交换网 ARPANET ，最初只是一个单一的分组交换网。1983年TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，使得所有使用 TCP/IP 协议的计算机都可以利用互连网相互通信，因为人们就将 1983 年作为互联网诞生的时间。 1990 年 ARPANET 正式宣布关闭，因为实验任务已经完成。
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internet是一个通用名词，互连网； -
Internet是一个专用名词，互联网；
2、第二阶段是建立了三级结构的互联网，从1985 年起，美国国家科学基金会 NSF 创建国家科学基金网 NSFNET 。
他是一个三级计算机网络：
- 主干网
- 地区网
- 校园网、企业网
3、第三阶段的特点是逐渐形成了多层次 ISP 结构的互联网。后来，互联网服务提供者 ISP（Internet service provider），逐渐替代了美国*提供网络服务。比如国内的 中国移动 等。
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ISP可以从互联网管理机构申请到很多IP地址同时拥有通信线路以及路由器等联网设备，因此人们可以向 ISP 缴纳费用获取 IP 地址的使用权，然后接入互联网。 - 所谓上网就是通过某 ISP 获取 IP 地址接入互联网。
ISP 可以分为：
- 主干ISP
- 地区ISP
- 本地ISP
在这些相互连接的 ISP 的共同合作下，就可以完成互联网中的所有分组转发任务。
但是随着互联网上的数据流量的急剧增大，人们开始追求速度，于是互联网产生了互联网交换点IXP（Internet exchange point）。
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互联网交换点的作用就是允许两个网络直接连接并交换分组，并不需要通过第三个网络来转发分组。
互联网的迅猛发展始于20世纪90年代。由欧洲原子核研究组织 CERN开发的万维网WWW（World Wide Web）被广泛使用在互联网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为互联网的这种指数级增长的主要驱动力。
二、互联网的组成
互联网的拓扑结构可以分为两大块：
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边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成。 -
核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成。
2.1、互联网的边缘部分
处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机。这些主机又称为端系统（end system），“端”就是“末端”的意思（即互联网的末端）。
在网络边缘的端系统之间的通信方式通常可划分为两大类：
- 客户端-服务器方式（
C/S方式） - 对等方式（
P2P方式）
1、客户端-服务器方式
客户（client）和服务器（server）都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户端-服务器方式 描述的是进程之间的 服务和被服务 的关系。
客户端程序：
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被用户调用后运行，在通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。因此，客户程序必须知道服务器程序的地址。 - 不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。
服务器程序：
- 是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。
- 系统启动后即
自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自各地的客户的通信请求。因此，服务器程序不需要知道客户程序的地址。 - 一般需要有强大的硬件和高级的操作系统支持。
2、对等连接方式
对等连接（peer-to-peer，简写为P2P）是指两台主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方。
对等连接工作方式可支持大量对等用户（如上百万个）同时工作。
2.2、互联网的核心部分
在网络核心部分起特殊作用的是路由器（router），它是一种专用计算机（但不叫做主机）。路由器是实现分组交换（packet switching）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。
1、电路交换的主要特点
N部电话要两两相连，就需要N（N–1）/2对电线。这显然是不现实的。
所以才出现了 电路交换机 。
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从通信资源的分配角度来看，交换（
switching）就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。 -
当 A 接到 B 的来电的时候，交换机将线路连接到 A ，这条连接保证了双方通话时所需的通信资源，而这些资源在双方通信时不会被其他用户占用；当结束时，交换机释放资源。
“建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放连接（归还通信资源）”
2、分组交换的主要特点
分组交换采用存储转发技术，将一个报文分成几组之后再进行传送。
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我们把要发送的整体数据称为一个报文（
message）。在发送报文的时候先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为1024bit。 -
在每一个数据段前面，加上一些由必要的控制信息组成的首部（
header）后，就构成了一个分组（packet）。 -
分组又称为“
包”，而分组的首部也可称为“包头”。 -
的首部包含了诸如
目的地址和源地址等重要控制信息；
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主机是为用户进行
信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。 -
路由器则是用来
转发分组的，即进行分组交换的。路由器收到一个分组，先
暂时存储一下，检查其首部，查找转发表，按照首部中的目的地址，找到合适的接口转发出去，把分组交给下一个路由器。
各路由器之间必须经常交换彼此掌握的路由信息，以便创建和动态维护路由器中的转发表，使得转发表能够在整个网络拓扑发生变化时及时更新。
路由器暂时存储的是一个个短分组，而不是整个的长报文。短分组是暂存在路由器的存储器（即内存）中而不是存储在磁盘中的。这就保证了较高的交换速率。
分组交换也带来一些新的问题：
- 分组在各路由器存储转发时需要
排队，这就会造成一定的时延。 - 各分组必须携带的
控制信息也造成了一定的开销。
示电路交换、报文交换和分组交换的主要区别：
- 电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。
- 报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
- 分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。
1994年4月20日我国用64kbit/s专线正式连入互联网。从此，我国被国际上正式承认为接入互联网的国家。
三、计算机网络的类别
3.1、按照网络的作用范围进行分类
1、广域网WAN（Wide Area Network）
广域网的作用范围通常为几十到几千公里，广域网是互联网的核心部分，其任务是通过长距离（例如，跨越不同的国家）运送主机所发送的数据。
2、城域网MAN（Metropolitan Area Network）
城域网的作用范围一般是一个城市，可跨越几个街区甚至整个城市，其作用距离约为5～50km。城域网可以为一个或几个单位所拥有，但也可以是一种公用设施，用来将多个局域网进行互连。目前很多城域网采用的是以太网技术，因此有时也常并入局域网的范围进行讨论。
3、局域网LAN（Local Area Network）
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（如1km左右）。
4、个人区域网PAN（Personal Area Network）
个人区域网就是在个人工作的地方把属于个人使用的电子设备（如便携式电脑等）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（Wireless PAN），其范围很小，大约在10m左右。
3.2、按照网络的使用者进行分类
公用网（public network）
这是指电信公司（国有或私有）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（private network）
这是某个部门为满足本单位的特殊业务工作的需要而建造的网络。这种网络不向本单位以外的人提供服务。例如，军队、铁路、银行、电力等系统均有本系统的专用网。
3.3、用来把用户接入到互联网的网络
这种网络就是接入网AN（Access Network），它又称为本地接入网或居民接入网由于从用户家中接入到互联网可以使用的技术有许多种，因此就出现了可以使用多种接入网技术连接到互联网的情况。
接入网本身既不属于互联网的核心部分，也不属于互联网的边缘部分。
接入网是从某个用户端系统到互联网中的第一个路由器（也称为边缘路由器）之间的一种网络。
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从覆盖的范围看，很多接入网还属于局域网。
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从作用上看，接入网只是起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。