以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它是指多个计算机网络互联而成的网络。

以大写字母I开始的Internet（因特网）则是一个专用名词。它指当前全球最大的、开放的、由众多网络互相连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议簇作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

第一层ISP通常被称为因特网主干网（Internet Backbone）

当两个同层次ISP彼此直接相连时，它们被成为彼此是对等（Peer）的。

一旦某个用户能够接入到因特网，那么他就能够成为一个ISP。

由欧洲原子核研究组织开发的万维网（World Wide Web，WWW）在因特网被广泛使用，大大方便了非网络专业人员对网络的使用，成为因特网这种指数级增长的主要推动力。

由于因特网存在技术上和功能上的不足，加上用户数量猛增，使现有因特网不堪重负，因此以美国一些研究机构和大学推出“下一代因特网（Next Generation Internet Initiative，NGI）”计划。

目前，中国也在积极开展下一代互联网的研究，实施中国下一代互联网（China Next Generation Internet，CNGI）示范工程。

1.2.3因特网的标准化工作

1992年，因特网不再归美国政府管辖，成立了国际性组织因特网协会（Internet Society，ISOC），以便对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。

ISOC下面有个组织叫做因特网体系结构委员会（Internet Architecture Board，IAB），负责管理因特网有关协议的开发。

IAB下面又设有两个工程部：

因特网工程部（Internet Engineering Task Force，IETF）——负责研究一些短期和中期的工程问题，主要是针对协议的开发和标准化。
因特网研究部（Internet Research Task Force，IRTF）——从事理论方面的研究和开发一些需要长期考虑的问题。

所有的因特网标准都是以RFC文档的形式在网上发表。RFC（Request For Comments）的意思是“请求评论”。

指定因特网的正式标准要经过以下4个阶段：

因特网草案（Internet Draft）（在这个阶段还不是RFC文档）
建议标准（Proposed Standard）（从这个阶段开始就成为RFC文档）
草案标准（Draft Standard）
因特网标准（Internet Standard）

1.3因特网的组成

因特网从功能上分为两大块：

边缘部分：所有连接因特网的主机组成。是用户直接使用的。
核心部分：大量网络和路由器组成。是为边缘部分提供服务的。

1.3.1因特网的边缘部分

因特网边缘部分就是连接在因特网上的所有主机，又称为端系统（End System）。

“进程”就是“运行着的程序”。

“计算机之间的通信”是指“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”。

主机有时又被非正式地划分为：客户机（Client）和服务器（Server）。在计算机网络软件上下文中“Client/Server”通常是指一种网络应用程序的工作方式（被翻译成客户/服务器方式，简称C/S方式）。在采用C/S方式的网络应用中，运行一个在端系统上的客户进程总是主动向运行在另一个端系统上的服务器进程发出请求，服务器进程可接受来自多个客户进程的请求，并进行响应服务。

人们习惯把主要用来运行客户程序的计算机也称为client（翻译为客户机或客户计算机），把主要用来运行服务器程序的计算机成为server（翻译为服务器或服务器计算机）。

客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

C/S方式并不是网络应用程序唯一工作方式，越来越多的应用开始采用对等（Peer-to-Peer，P2P）方式。在P2P方式的网络应用中，通常没有固定的服务请求者和服务提供者，分布在网络中的应用程序是对等的，被称为对等方（有时将运行对等方软件的计算机也成为对等方）。

1.3.2因特网的核心部分

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（但不是主机）。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。

（1）电路交换

电话交换机接通电话线的方式是电路交换（Circuit Switching）。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。

主叫端到被叫端建立专用的物理通路，保证双方通话时所需的通信资源，而且这些资源在双方通信时不会被其他用户占用。

这种必须通过“建立连接（分配通信资源）”==>“通话（一直占用通信资源）”==>“释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为“电路交换”。

在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

电路交换，其线路的传输效率往往很低。

（2）分组交换

通常我们把要发送的整块数据称为一个报文（Message）。在发送报文之前，将较长的报文划分称为一个个更小的等长数据段，在每个数据段前面，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”，而分组的首部也被称为“包头”。

计算机将分组通过通信链路直接发送给分组交换机，分组交换机收到一个分组，先讲分组暂时储存下来，在检查其首部，按照首部中的目的地址查找转发表，找到合适的接口（就是分组交换机和外部连接的接口）转发出去，把分组交给下一个分组交换机。这样一步步经过多个分组交换机把分组转发到目标计算机。由于每个分组交换洗都是将收到的分组先存储下来再转发出去，因此该方法被称为“存储转发”。

每个分组交换机有多条链路与之相连，对于每条相连的链路，该分组交换机有一个输出缓存（也被称为输出队列），它用于存储分组交换机准备法网哪条链路的分组。

如果到达的分组需要从某条链路转发出去，但是链路处于忙于其他传输的状态，则分组必须在该输出缓存中等待（即排队）。当输出缓存已满时，会发生分组丢失。当网络中有大量的分组需要从某条链路转发时，可能出现丢失的情况，这时我们说网络发生了拥塞。

在因特网中，最重要的分组交换机是路由器（Router）。

主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以通过其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。

当我们讨论因特网的核心部分的路由器转发过程的同时，往往把单个的物理网络简化成一条链路，而路由器称为核心的结点。

分局交换的优点
优点	采用的手段
高效	在分组传输的过程中动态地分配传输带宽，对通信链路是逐段占用的
灵活	为每一个分组独立地选择转发路由
迅速	以分组作为传输单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组
可靠	分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性

分组交换也带来了一些新的问题：通信量较大时可能会造成网路拥塞；各分组携带的控制信息也造成了一定的开销（Overhead）。

应当指出，断续分配传输带宽的存储转发原理并非全新概念，在古代邮政通信本质也是存储转发；20世纪20年代电报通信采用了基于存储转发原理的报文交换（Message Switching）。

三种交换方式在数据传送阶段的主要特点：

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像一条物理的线路直接将源点和终点连接起来。
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。

1.4计算机网路的定义与分类

1.4.1计算机网路的定义

关于计算机网路最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。

最简单的计算机网路：两台计算机和连接它们的一条链路，即两个结点一条链路。因为没有第三台计算机，所以不存在交换问题。

1.4.2计算机网路的分类

从网络的作用范围进行分类：

局域网（Local Area Network，LAN）
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）
广域网（Wide Area Network，WAN）
个人区域网（Personal Area Network，PAN）

从网络的使用者进行分类：

公用网（Public Network）
专用网（Private Network）

1.5计算机网络的主要性能指标

（1）速率

速率就是数据的传送速率，它也称为数据率（Data Rate）或比特率（Bit Rate）。

比特（bit）是计算机中的数据量的单位，来源于binary digit，意思是一个“二进制的数字”。

（2）带宽

“带宽（Bandwidth）”有两种不同的意义。

某个信号具有的频带宽度。这种意义的宽度的单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。而表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路的带宽。
在计算机网络中，带宽表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。网络带宽的单位是“比特/秒”，记作bit/s。

（3）吞吐量

吞吐量（Throughput）也称为吞吐率，表示单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。

（4）时延

时延（Delay或Latency）是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需要的时间。时延有时也称为延迟或迟延。

需要注意的是，时延是由一下几个不同的部分组成的：

发送时延（Transmission Delay）——是主机或路由器将分组发送到通信线路上所需要的时间。有时候也叫传输时延。
传播时延（Propagation Delay）——是电磁波在通信中需要传播一定的距离而花费的时间。
处理时延
排队时延

结点总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延

对于告诉网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率，

提高数据的发送速率只是减小了数据的发送时延。

光纤通道的传播速率实际上比铜线的传播速率还略低一点。

（5）丢包率

通信量较大时，可能造成网络拥塞。

在网络拥塞，丢包率较高时，用户所感觉到的往往是网络延时变大，“网速”变慢，而不是信息丢失。

（6）利用率

利用率有信道利用率和网络利用率。

信道或网络利用率过高会产生非常大的时延。

拥有较大主干ISP通常会控制它们的信道利用率不超过50%。

1.6计算机网络体系结构

1.6.1网络协议

为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约束被称为网络协议（Network Protocol），简称协议。网络协议明确规定了所交换的数据的格式和时序，以及在发送或接受数据时要采取的动作等问题。

网络协议主要由以下三要素组成。

语法——即数据与控制信息的结构或格式。例如，地址字段的长度和位置。
语义——各个控制信息的具体含义，包括发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种相应。
同步（或时序）——即事件实现顺序和时间的详细说明，包括数据应该在何时发送出去，以及数据应该以什么速率发送。

1.6.2层次模型与计算机网络体系结构

我们将计算机网络层次结构模型与各层协议的集合成为计算机网络的体系结构（Architecture）。

计算机网络的体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。需要强调的是，这些功能究竟是用何种硬件或软件实现的，则是一个遵循这种体系结构的实现（Implementation）的问题。体系结构是抽象的，而实现则是具体的，是真正运行的计算机硬件和软件。

按照层级结构来设计计算机网络体系的好处：

各层之间是独立的。
灵活性好。
结构上可分隔开。
易于实现和维护。
有利于功能服用。
能促进标准化。

1974年美国IBM宣布了它研制的系统网络体系结构（System Network Architecture，SNA），这是世界上第一个网络体系结构。

国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）提出开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM），简称OSI。

在OSI模型之前，TCP/IP协议簇就已经在运行，并逐步变成TCP/IP参考模型。

1.6.3 具有五层协议的原理体系结构

OSI体系结构概念清楚但复杂不实用；TCP/IP结构虽然简单，但得到了广泛应用。在学习计算机网络原理时，往往采用折中的五层协议的原理体系结构来讲解。

自上而下，非常简要地介绍下各层的主要功能：（实际上只有认真学完每一章节的内容，才能理解真正各层的作用）

（1）应用层（Application Layer）

应用层的任务是：如何通过应用进程间的交互来完成特定的网络应用。应用层的协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程就是指正在运行的程序。

常用的应用层协议有：万维网应用的HTTP协议、支持电子邮件的SMTP协议、支持文件传送的FTP协议等。

我们将应用层交互的数据单元成为报文（Message）。

（2）运输层（Transition Layer）

又称为传输层，任务是：向两台主机中的进程之间的通信提供通用的数据传输服务。

主要有连个运输层协议：

①传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）——提供面向连接的，可靠的数据传输服务，其数据传输单位是报文段（segment）。

②用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）——提供无连接的，尽最大努力（Best-Efforf）的数据传输服务（不保证数据传输的可靠性），其数据传输的单位是用户数据报。

（3）网络层（Network Layer）

网络层负责：为分组交换网上的不同主机提供服务。在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送。在TCP/IP体系中，由于网络层使用IP协议，因此分组也叫作IP数据报，或简称数据报。

无论在哪一层传送的数据单元，习惯上都可笼统地用“分组”来表示。

网络层另一个重要的任务是选择合适的路由（route），将源主机运输层所传下来的分组，通过网络中的路由器的转发（通常要经过多个路由器的转发），最后到达目的主机。

网络层中的“网络”二字，不是我们谈到的具体的网络，而是计算机网络体系结构模型中的专用名词。

因特网由大量的异构（Heterogeneous）网络通过路由器（router）相互连接起来。因特网主要的网络层协议是无连接的网际协议（Internet Protocol，IP）和许多路由选择协议，因此因特网的网络层也叫作网际层或IP层。

（4）数据链路层（Data Link Layer）

简称链路层。

我们将数据链路层传送的数据单元成为帧（Frame）。

数据链路层任务就是在相邻节点之间（主机和路由器之间或两个路由器之间）的链路上传送以帧为单位的数据。

每一帧包括数据和必要的控制信息（如同步信息、差错控制等）。

如果发现差错，数据链路层应该丢弃有差错的帧。

（5）物理层（Physical Layer）

物理层是原理体系结构的最底层，任务是：在传输媒体上传送比特流。

物理层传送数据的单位是比特。

人们经常提到的TCP/IP协议并不一定单指TCP和IP这两个协议，而往往是表示因特网所使用的的整个TCP/IP协议簇（Protocol Suite）

OSI参考模型把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元（Protocol Data Unit，PDU）。

属于相同层次的层级见，看起来数据是直接传递给对方，这就是所谓的“对等层（Peer Layer）”。

在文献中还可以见到术语“协议栈（Protocol Stack）”，这是因为几个层次画在一起很像一个栈（stack）的结构。

1.6.4实体、协议和服务

当研究开发系统中的信息交换时，往往使用实体（Entity）这一较为抽象的名词来表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。在很多情况下，实体就是一个特定的软件模块。

协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。

在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还要使用下面一层所提供的的服务。如图概括了相邻两层之间的关系。

使用本层服务的实体只能看见服务而无法看见下面的协议。下面的协议对上面的实体是透明的。透明是它表示：某一实际存在的事物看起来好像不存在一样。

协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。但服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层间结构提供的。

1.6.5TCP/IP的体系结构

TCP/IP协议可以为各式各样的应用提供服务（Everything Over IP），同时TCP/IP协议也允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行（IP Over Everything）。

1.7计算机网络在我国的发展

中国互联网网络信息中心（Network Information Center of China，CNNIC）把使用过互联网的6周岁及以上的中国居民成为网民。

1.8两个重要的新型网络技术

两个新型网络技术云计算和物联网受到了极大的关注。

1.8.1云计算

云计算（Cloud Computing）是传统计算机和网络技术发展融合的产物。

云计算按照服务类型大致可以分为三类：基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）、平台即服务（Platform as a Service，PaaS）、软件即服务（Software as a Service，SaaS）。

1.8.2物联网

物联网（Internet od Things，IoT）的概念最早是美国的教授1998年提出的。

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第一章 概述

1.1计算机网络在信息时代的作用

1.2因特网概述

1.2.1网络的网络

1.2.2互联网发展的三个阶段