一、计算机网络总览概述

一、什么是计算机网络?

  什么是计算机网络?头脑里想出这句话的时候我在想着书上关于网络的定义,但是我并不选择将其放在这里,因为我想用自己的语言去陈述,这一点对于学习而言至关重要。
  理解计算机网络,我们把这个术语分为两个词,计算机网络。什么是计算机?能够计算的机器,就是这么简单。那么什么是网络呢?首先网络是人造的,其目的就是连接位于不同地方的计算机,以便让它们交换数据,所以网络就是将世界上想要交换数据的计算机连接起来的一种东西。为什么称呼它为东西呢?因为我发现,有时候强行给某个概念赋予一个概念,只会让那个概念失真,实际上很多时候我们应该从目的或原因出发,去理解和学习。所以,总结一下,计算机网络就是连接不同地点的计算机的一种人造的东西,连接那些计算机的目的就是为了让它们交换数据

二、计算机网络产生的历史背景

  我认为读完上面那段话足以理解什么是计算机网络了,那么下面就需要介绍一下为什么当初计算机需要交换数据了,这段历史其实还挺有趣的,关于计算机的历史我就不讲了。计算机网络出现的原因源于苏美两国之间的“冷战”,在被核武器支配的恐惧下,美国军方怕被苏联的核武器摧毁其军方的指挥系统,因此将指挥系统分布于其国内多个地方,但是这样子无法实现指挥权统一的问题,为了解决这个问题,美国军方利用计算机来实现通讯,这个通讯系统就是早期的阿帕网。后来随着计算机技术的发展,人们通过计算机通讯的想法越来越强烈,后来在美国一些实验室与大学的共同研究下,慢慢形成了今天的计算机网络。

三、计算机网络的组成与类别

  计算机网络从组成上来看,可以分为核心部分边缘部分。如下图所示:
在这里插入图片描述
边缘部分即我们个人使用的电脑、手机以及其他网络设备,核心部分是一些公有网络以及连接它们的路由器,核心部分为边缘部分提供连通性。
  在边缘部分,我们的计算机连接的方式可以分为两种,一种是Client/Server即C/S结构,它将我们的主机分为客户端与服务端,可以简单的认为服务端是一些高级的计算机运行一些服务端程序组成的,而客户端则是我们用户正常使用的计算机运行客户端程序组成的。像常见的QQ、LOL都是典型的C/S架构的网络应用。另外一种是P2P模式,即两台主机通信不区分客户端和服务端,只要双方都运行P2P软件就可以下载对方的P2P共享文件,典型应用某播。
  在核心部分,其网络组成比较复杂,主要是因为它除了用于通信的主机外,还包括路由器。路由器是一种特殊的计算机,它专门用于在计算机网络中接收和转发分组。关于什么是分组,后面会解释,路由器非常重要,因此后面会有一篇文章专门介绍它。
  对计算机网络的组成有了一个基本的概念,就可以了解一下我们对于计算机网络是如何分类的。为什么要分类?自然是因为不同种类的计算机网络有不同的用途。
  常用分类方式有两种,一种是按照网络范围分类:可以分为广域网(WAN)、城域网(MAN)以及局域网(LAN)。而按照网络的用途可以分为:专用网和公有网。例如一般公司内部的网络就是专用网,专用网通过一个或几个公有IP访问公有网络。这里只是简单介绍,建议有兴趣的伙伴自己再查阅资料了解更多网络相关的知识。

四、计算机网络的体系结构与性能

  现在被广为承认并使用的网络结构即TCP/IP体系结构,其将计算机网络分为四层。如下图所示:
在这里插入图片描述
  理解为什么需要将计算机网络分层设计:因为计算机网络实在是太复杂了,它所面对的恰恰是非常复杂的很多现实情况,例如主机之间数据交换格式的定义,如何从物理层面上来连接两台相隔万里的计算机等等,这些都是需要考虑的问题,为了解决这些问题,让计算机网络分为多个层次,每个层次只解决对应层次的问题。下面讨论经典的五层分层结构:

  • 物理层:其作用就是连接物理主机和传输比特流。

  • 链路层:它的作用是实现将网络层传下来的数据包交付给局域网的目的主机。这一层常见协议有:PPP协议、CSMA/CD协议、以太网协议ARP协议等。

  • 网络层:实现数据包在网络中的传输,即数据包从一个局域网传输到另一个局域网。这一层常见的协议就是IP协议ICMP协议、IGMP协议、以及一些常用的路由算法协议

  • 传输层:这是因特网中最重要的一层,它可以实现数据的可靠传输、差错控制、流量控制等功能。其功能是实现两台主机上的两个进程之间的通信,常见协议有TCP、UDP协议

  • 应用层:这一层就是直接为我们的应用程序服务,即传输和提供数据。这层的常见协议有:HTTP、FTP、DNS协议等。

计算机网络的性能指标:

  1. 速率;即单位时间内传输的数据量。单位为byte/s,也经常用bps。
  2. 带宽:单位时间内在网络上从一个节点传输数据到另一个节点的最大速率
  3. 吞吐量:单位时间内通过某个网络的数据量。
  4. 时延:数据包在网络上传输的时延;包括:发送时延、传输时延、排队时延和处理时延。这些内容介绍路由器的时候会专门讲解。
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