計算機網絡在信息時代的作用。
網絡指“三網”，即電信網絡，有限電視網絡和計算機網絡。電信網絡的用戶可得到電話，電報以及傳真等服務。有線電視網絡的用戶能夠觀看各種電視節目。計算機網絡則能夠迅速傳遞數據文件，以及從網絡上查找並獲取各種有用的資料，包括圖像和視頻文件。
計算機網絡向用戶提供的最重要的功能有兩個，即：
（1）連通性
（2）共享
1.2因特網概述
網絡的網絡
起源於美國的因特網現已發展成爲時間上最大的國際性計算機互聯網。
網絡由若干節點和連接這些節點的鏈路組成。網絡中的節點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。網絡和網絡還可以通過路由器互聯起來，這樣就構成了一個覆蓋範圍更大的網絡，即互聯網。
因特網是世界上最大的互聯網絡。習慣上，大家把連接在因特網上的計算機都稱爲主機。
網絡把許多計算機連在一起，而因特網則把許多網絡連接在一起。
1.2.2因特網發展的三個階段
因特網的基礎結構大體上經歷了三個階段的演進。但這三個階段在實踐劃分上並非截然分開而是有部分重疊的。
第一個階段是單個網絡APPANET像互聯網發展的過程。1969年美國國防部創建的第一個發分組交換網APPANET最初只是一個單個的分組交換網。所有要連接在APPANET上的主機都直接與就近的通信問題。於是ARPA開始鹽焗多種網絡互聯的技術。這就導致後來互聯網的出現。這樣的互聯網就成爲現在的因特網的雛形。1983年TCP/IP協議就成APPANET上的標準協議，使得所有使用TCP/IP協議的計算機都能利用互聯網相互通信，因爲人們就把1983年作爲因特網的誕生日。
請讀者注意以下兩個意思相差很大的名字internet與Internet。
一小寫字母I開始的internet是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互聯而成的網絡。這些網絡之間的通信協議可以是任意的。
以大寫字母I開始的Internet（因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡互聯而成的特定計算機網絡、它採用TCP/IP協議族作爲通信的規則，且其前身爲美國的APPANET。
第二階段的特點是建成了三級結構的因特網。從1985年起，美國國家科學基金會NSF就圍繞六個大型計算機中心建設計算機網絡，即國家科學基金網NSFNET。他是一個三級計算機網絡，分爲主幹網、地區網和校園網。這種三級計算機網絡覆蓋了全美國主要的大學和研究所、並且成爲因特網中的主要組成部分。1991年NSF和美國的其他政府開始認識到、因特網必將擴大其適用範圍、不應限於大學和研究機構。世界上的許多公司紛紛接入到因特網，使網絡的通信量急劇增大，是因特網的容量已滿足不了需要。於是美國政府決定將因特網的主幹網交給私人公司來經營，並開始對介入因特網的單位收費。1992年，因特網上的主機超過100萬臺。1993年，因特網的速率提高到45Mb/s（T3速率）。
第三階段的特點是逐漸形成了多層次ISP結構的因特網。我們通常所說的“上網”就是指“（通過某個ISP）接入到因特網”，因爲ISP向連接到因特網的用戶提供了IP地址。IP地址的管理機構不會把一個單個的IP地址分配給單個用戶，二十八一批IP地址有償分配給經查合格的ISP。
根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的的IP地址數目的不同，ISP也分爲不同的層次。
在圖中，最高級別的第一層ISP的服務面積最大（一般能夠覆蓋國家範圍），別切還擁有告訴主幹網。第二層ISP和一些大公司都是第一層ISP的用戶。第三層ISP又稱爲本地ISP，他們是第二層ISP的用戶，且只擁有本底範圍的網絡。一般的校園網或企業網以及撥號上網的用戶，都是第三層ISP的用戶。爲了使不同層次ISP經營的網絡都能夠互通，在1994年開始創建了四個網絡接入點NAP，分別由四個電信公司經營。網絡接入點NAP用來交換因特網上流量。在NAP中安裝有性能很好的交換設施。在NAP中安裝有性能很好的交換設施。NAP可以算是最高等級的接入點。它最主要是向各ISP提供交換設施。使他們能夠相互通信。NAP又稱爲對等點，表示接入到NAP的設備不存在從屬關係而都是平等的。現在又一種趨勢，即比較大的第一層ISP願意繞過NAP而直接通過高速通信線路（2.5~10Gb/s或更高）和其他的底層ISP交換大量數據。這樣可以使第一層ISP之間的通信更加快捷。
因特網逐漸演變成基於ISP和NAP的多層次結構網絡。但今日的因特網由於規模太大，已經很難對整個的網絡結構給出細緻的描述。但下面這種情況經常遇到的，就是相隔較遠的兩個主機的通信可能需要經過多個ISP。因此，當主機A和另一個主機B通過因特網進行通信時，實際上也就是他們通過許多中間的ISP進行通信。
順便指出，一旦某個用戶能夠接入因特網，那麼它就能夠成爲有一個ISP。他需要做的就是購買一些調製器或路由器這樣的設備，讓其他用戶能夠和他相連接。因爲一個ISP可以很方便的在因特網上增添新的層次分枝。
因特網已成爲世界上規模最大和增長速率最快的計算機網絡，沒有人能夠準確說出因特網究竟有多大。因特網的迅猛發展始於20世紀90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發的萬維網WWW（World Wide Web）被廣泛使用再因特網上，大大方便了廣大非網絡專業人員對網絡的使用，成爲因特網的這種指數級增長的主要驅動力。萬維網的站點數目也急劇增長。在因特網上的數據通信量每月增加10%。由於因特網存在着技術和功能上的不足，加上用戶數量猛增，使得現有的因特網不堪重負。因此1996年美國的一些研究機構和34所大學提出研製和建造新一代因特網的設想，並宣佈今後五年內實施“下一代因特網計劃”即“NGI”計劃。
NGI計劃要實現的主要目表是：
1.開發下一代網絡結構，以比現有的因特網高100倍的速率連接至少100個研究機構，以比現有的因特網高1000倍的速率連接10個類似的網點。其端到端的傳輸速率要超過100Mb/s至10Gb/s。
2.使用更加先進的網絡服務技術和開發許多帶有革命新的應用，如遠程醫療、遠程教育、有關能源和地球系統的研究、高性能的全球通信、環境監測和預報、緊急情況處理等。
3.使用超高速全光網絡，能實現更快速的交換和路由選擇，同時具有爲一些實時應用保留帶寬的能力。
3.對整個因特網的管理和保證信息的可靠性及安全性方面進行較大的改進。
1992年由於因特網不再歸美國政府管轄，因此成立了一個國際性組織叫因特網協會ISOC，以便對因特網進行全面管理以及在世界範圍誒促進其發展和使用。ISOC下面有一個技術組織叫做因特網體系結構委員會IAB，負責管理因特網有關協議的開發。IAB有兩個工程部：
IETF，IRTF。
指定因特網的正式標準要經歷一下的四個階段：
（1）因特網草案–在這個階段還不是RFC文檔。
（2）建議標準–從這個階段開始成爲RFC文檔
（3）草案標準
（4）因特網標準
1.3因特網組成
邊緣部分與核心部分。
在實際應用中，客戶程序和服務器程序通常具有以下一些主要特點。
客戶程序：
(1)被用戶調用後運行，在通信時主要向遠地服務器發起通信。incident，客戶端程序必須知道服務器程序的地址。
(2)不需要特殊的硬件和複雜的操作系統。
服務器程序
（1）是一種專門用來提供某種服務的程序，可同時處理多個遠地或 本地客戶請求。
（2）系統啓動後即自動調用並一直不斷運行着，被動地等待並接受來自各地的客戶的通信請求。
（3）一般需要強大的硬件和高級的操作系統支持。
順便說一下，上面是所說的客戶和扶我去本來都是指的是計算機進程（軟件）。使用計算機的人是計算機的（用戶）而不是“客戶”。
2.對等連接方式
指兩個主機在通信時並不區分哪一個服務請求方還是服務提供方。只要兩個主機都暈定了對等的連接的軟件（P2P軟件），他們就可以進行平等的、對等連接通信。這時，雙方都可以下載對方已經存儲在硬盤中的共享文檔。因此這種工作方式也成爲P2P文件共享。
1.3.2
因特網的核心部分
網絡核心部分是因特網中最複雜的部，因爲網絡中的核心5部分要向網絡邊緣中的大量主機提供提供連通性，是邊緣部分中的任何一個主機能夠像其它主機通信（即傳送或接受何種形式的數據）。
路由器是實現分組交換的關鍵部件，其任務是轉發收到的分組，這是網絡核心部分最重要的功能。爲了弄清分組交換，我們先介紹電路交換的基本概念，在此基礎上在討論分組交換的特點。
1.電路交換的主要特點
在電話問世不久，人們就發現，要讓所有電話機都兩兩相連是不現實的。一百多年以來，電話交換機雖然經過多次更新換代，但交換的方式一直都是電路交換。
當電話機的數量增多時，就要使用很多彼此連接起來的交換機來完成全網的交換任務。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。在使用電路交換打電話之前，必須先撥號建立連接。當撥號的信令通過許多交換機到達被叫用戶所連接的交換機時，該交換機就向被叫用戶的電話機振鈴。在被叫用戶宅基且摘機信令傳回到主叫用戶所連接的交換機後，呼叫即完成。這時，從主叫端到被叫端建立了一條連接（物理通路）。這條線佔用了雙方通話時所需的通信資源，而這些資源在雙方通信時不會被其他用戶佔用，此後主叫和被叫雙方纔能相互通話。這種必須經過“建立連接（佔用 通信資源）->通話（一直佔用通信資源）->釋放資源（歸還通信資源）”三個步驟的交換方式成爲電路交換。
交換機之間擁有大量的話路的中繼線則是許多
當使用電路交換來傳送計算機數據時，其線路的傳輸效率往往很低。這是因爲計算機數據是突發式地出現在傳輸線路上，因此線路上真正用來傳輸數據的時間往往不到10%甚至1%。實際上，已被用戶佔用的通信線路咋爲絕大部分時間裏都是空閒的。
2.分組交換的主要特點
分組交換則採用存儲轉發技術。通常我們要把發送的整塊數據稱爲一個報文。在發送發文之前，先把較長的報文文分爲一個個更小的等長數據段，例如，每個數據段爲1024bit。在每個數據段面前，加上一些必要的控制信息組成首部後，就構成了分組。分組又稱爲包，而分組的首部也可以成爲包頭。分組是在因特網中傳送的數據單元。分組中的“首部”是非常重要的，正是由於分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息，每一個分組才能在因特網中獨立地選擇傳輸路徑。
主機和路由器都是計算機，但他們的作用很不一樣。主機視爲用戶進行信息處理的，並且可以和其他主機通過網絡交換信息。路由器則是用來轉發分組的，即進行分組交換的。路由器收到一個分組，先暫時存儲下來，在檢查其首部，查找轉發表，按照首部中的目的地址，找到合適的接口轉發出去，把分組交給下一個路由器。這樣一步一步地以存儲轉發的方式，把分組交付到最終的目的主機。下方歸納了三種交換方式在數據傳送階段的主要特點。
電路交換：整個報文的比特流連續地從源點直達終點，好像在一個管道中傳送。
報文交換：整個報文傳送到相鄰接點全部存儲下來後查找轉發表，轉發到下一個結點。
分組交換：單個分組傳送到相鄰接點，存儲下來後查找轉發表沒轉發到下一個結點。
1.4計算機在我國的發展
關於計算機網絡的最簡單定義是：一些互連接的、自治的計算機的集合。
幾種不同類別的網絡
1.不同作用範圍的網絡
（1）廣域網WAN。範圍通常幾十到幾千公里。廣域網也成爲遠程網。廣域網是因特網的核心部分。連接廣域網各結點 交換機的鏈路一般都是告訴鏈路，具有較大的信息容量。
（2）城域網MAN
（3）局域網LAN 較小的範圍1km左右，。
（4）個人區域網PAN
2.用來把用戶接到因特網的網絡
這種網絡就是接入網AN，他成爲接入網或居民接入網。
1.6計算機網絡性能
1.速率
2.帶寬 表示通信線路允許通過的信號頻帶範圍就成爲線路的帶寬。
在計算機網絡中，貸款用來表示網絡的通信線路所能傳送數據的能力，因此網絡帶寬表示在單位時間內從網絡中的某一點到另一點所能通過的最高數據率。
3.吞吐量
表示單位時間內通過某個網絡的數據量。以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網絡。吞吐量受網絡的帶寬或網絡的而定速率的限制。
4.時延
時延是指數據從網絡的一段傳送到另一端所需的時間。網絡時延由以下幾個不同的部分組成。
發送時延 發送時延是主機或路由器發送數據幀所需的時間。發送時延也叫做傳輸時延發送時延的計算公式是：
發送時延=數據幀長度/信道寬度。
傳播時延 傳播時延是電磁波在信道中傳播一定距離需要花費的時間。傳播時延的計算公式是：
傳播時延=信道長度/電磁波在信道上的傳播頻率
處理時延 主機或路由器在收到分組時花費一定的時間進行處理。
排隊時延 分組在經過網絡傳輸時，要經過許多路由器。但分組在進入路由器後要先在輸入隊列中排隊等待出離在路由器確定了轉發接口後，還要在輸出隊列中排隊等待轉發。這就產生了排隊時延
這樣，數據在網絡中經歷的總時延就是以上四種時延之和：
總時延= 發送時延 + 傳播時延 + 處理時延 +排隊時延
5.延時帶寬積
把以上討論的網絡性能的兩個度量一一傳播時延和帶寬一一相乘，就得到另一個很有用的度量：傳播時延帶寬積，即
延時帶寬積 = 傳播時延x 帶寬
6.往返時間RTT
在計算機網絡中，往返時間RTT也是一個重要的性能指標，他表示從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間。
當使用衛星通信時，往返時間RTT相對較長，是很重要的一個性能指標。
7.利用率利用率由信道利用率和網絡利用率兩種。
信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的。完全空閒的信道的利用率爲0。
網絡利用率則是全網絡的信道利用率的加權平均值。
信道利用率並非越高越好。這是因爲，根據排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。如果令D0表示網絡空閒時的時延，D表示網絡當前的時延，那麼在適當的假定條件下，可以用下面的簡單共識來表示D，D0和利用率U之間的關係：
D=D0/(1-U)
協議與劃分層次
在計算機網絡中要做到有條不紊地交換數據，就必須遵守一些事先約定好的規則。網絡協議主要有一下三個要素組成：
（1）語法，數據與控制信息的結構或格式；
（2）語義 ，即需要發出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應；
（3）同步，即時間實現順序的詳細說明。
協議通常有兩種不同的形式。一種是使用便於人來閱讀和理解的文字描述。另一種是使用讓計算機能夠理解的程序代碼。這兩種不同形式的協議都必須能夠理解網絡上信息交換過程作出精確的解釋。
ARPANET的研製經驗表明，對於非常複雜的計算機網絡協議，其結構應該是層次式的。我們可以舉一個簡單的例子來說明劃分層次的概念。
假定我們在主機1和主機2之間通過一個通信網絡傳送文件。這是一件比較複雜的工作，因爲需要做不少的工作。
我們可以將要做的工作劃分爲三類。第一類工作傳送文件直接有關。
我們把計算機網絡的各層及其協議的集合，成爲網絡的體系結構。換種說法，計算機網絡的體系結構就是這個計算機網絡及其構建所應完成的功能的精確定義。需要強調的是：這些功能究竟是何種硬件或軟件完成的，則是一個遵循這種體系結構的實現問題。總之，體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。
具有五層協議的體系結構
OSI七層協議體系結構：應用層、表示層、會話層、運輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。
TCP/IP四層體系結構應用層、運輸層、網絡層、網絡接口層。
五層協議體系結構：應用層、運輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。
（1）用層是體系結構中的最高層。應用層直接爲用戶的應用進程提供服務。這裏的進程就是指正在運行的程序。在因特網中的應用層協議很多，如支持萬維網應用的HTTP協議，支持電子郵件的SMTP協議，支持文件傳送的FTP協議等等。
（2）運輸層運輸層的任務就是負責向兩個主機中進城之間的通信提供服務。由於一個主機可同時運行多個進程，因此運輸層複用和分用的功能。複用就是多個應用層可同時使用 下面運輸層的服務，分用則是運輸層把收到的信息分別交付給上面應用層中的相應進程。
運輸層主要是用一下兩種協議：
1.傳輸控制協議TCP–面向連接的，數據傳輸的單位是報文段，能夠提供可靠的交付。
2.用戶數據報協議UDP，數據傳輸的單位是用戶數據報，不提供可靠交付，只能提供“最大努力交付”。
（3）網絡層網絡層負責爲分組交換網上的不同主機提供通信服務。在發送數據時網絡層把運輸層產生的報文段或用戶數據封裝成分組或包進行傳送。在TCP/IP體系中，由於網絡層使用IP協議，因此分組也叫做IP數據報，或簡稱爲數據報。本書把“分組”和“數據報”作爲同義詞使用。
請注意不要講運輸層的“用戶數據報UDP”和網絡層的“IP數據報”弄混。
還有一點也請注意，無論在那一層傳送的數據單元，習慣上都可籠統地用“分組來表示”。在閱讀國外文獻時，特別要注意packet往往是作爲任何一層傳送數據單元的同義詞。
對於廣播信道構成的分組交換網路由選擇的問題很簡單，因此這種網絡的網絡層非常簡單，甚至可以沒有。
因特網是一個很大的互聯網，它是由大量的異構網絡通過路由器相互連接起來。因特網主要的網絡層協議是無連接的網際協議IP和許多種路由選擇協議，因此因特網的網絡層也叫做網際層或IP層。在本書中，網絡層、網際層和IP層都是同義語。
（4）數據鏈路層 常見稱爲鏈路層。我們知道，兩個主機之間的數據傳輸，總是在一段一段的鏈路上傳送的，也就是說，在兩個相鄰接點之間（主機和路由器之間或兩個路由器之間）傳送數據是直接傳送的（點對點）。這時就需要使用專門的鏈路層的協議。在兩個相鄰結點之間傳送數據時，數據鏈路層將網絡層叫下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰節點間的鏈路上“透明”地傳送幀中數據。每一幀包括數據和必要的控制信息（如同步信息、地址信息差錯控制等）。典型的幀長是幾百字節到一千多字節。
控制信息還是接收端能夠檢測到所接受到的幀中有無差錯。如發現有差錯，數據鏈路層就簡單地丟棄這個出了差錯的幀，以免繼續傳送下去白白浪費網絡資源。如果需要改正錯誤k，就由運輸層的TCP協議來完成。
（5）物理層 在屋裏城中所傳數據的單位是比特。物理層的任務就是透明地傳送比特流。因此物理層就要 考慮用多大的電壓代表“1”或
“0”，以及接受方如何識別出發送方所發送的比特。物理層要確定連接電纜的插頭應有多少根引腳以及各條引腳應如何連接。當然，那幾個比特代表什麼意思，則不是物理層所要管的。請注意，傳遞信息所利用一些物理媒體，如雙絞線、同軸電纜、光纜、無線信道等，並不在物理層協議之內而是在物理層協議的下面。因此也有人把物理媒體當做第0層。
在因特網所使用的的各種協議中，最重要的和最著名的就是TCP和IP兩個協議。現在人們經常提到的TCP/IP並不一定是單指TCP和IP這兩個具體的協議，而往往是表示因特網所使用的整個TCP/IP協議族。
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1.7.4實體、協議、服務和服務訪問點
當研究開放體系中的信息交換時，往往使用實體這一較爲抽象的名詞表示任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。在許多情況下，實體就是一個特定的軟件模塊。
協議是控制兩個對等實體進行通信的規則集合。協議的語法方面的規則定義了所交換的信息的格式，而協議的語義方面的規則就定義了發送者或接收者所要完成的操作，例如在任何條件下數據必須重傳或丟棄。
一定要弄清楚，協議和服務在概念上是很不一樣的。
首先，協議的實現保證了能夠向上一層提供服務。使用本層服務的實體只能看見服務而無法看見下面的協議。下面的協議對上面的實體是透明的。
其次，協議是“水平的”，即協議是控制對等實體之間通信的規則。但服務是“垂直的”，即服務是由下向上層通過層間接口提供的。另外，並非在一個層內完成的全部功能都稱爲服務。只有那些由下向上能夠通過層間接口提供的。另外，並非在一個層內完成的全部功能都成爲服務。只有那些能夠被高一層實體“看得見”的功能
才能稱爲“服務”。上層使用下層所提供的服務必須通過與下層交換一些命令，這些命令在OSI中成爲服務原語。
在同一系統中相鄰兩層的實體進行交互的地方，通常稱爲服務訪問點SAP。服務訪問點SAP是個抽象的概念，他實際是一個邏輯接口，有點像郵政信箱，但這種層間接口和兩個設備之間的硬件接口並不一樣。OSI把層與層之間交換的數據的單位成爲服務單元數據SDU，他可以與PDU不一樣。例如可以是多個SDU和成爲一個PDU，也可以是一個SDU劃分爲幾個PDU。
1.7.5TCP/IP
的體系結構
前面已經說過，TCP/IP的體系結構比較簡單，他只有四層 。請注意圖中的路由器在轉發分組時最高只用到網絡層而沒有使用運輸層和應用層。
還有一種方法，就是分層次畫出具體的協議來表示TCP/IP
協議族，他的特點是上下兩頭大中間小：應用層和網絡接口都用多種協議，而中間的IP協議很小，上層的各種協議都想下匯聚到一個IP協議中。這種很想沙漏計時形狀的TCP/IP協議表明：TCP/IP協議可以爲各式各樣的應用提供服務，同時TCP/IP協議也運行IP協議在各式各樣的網絡構成的互聯網上運行。
