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21世纪下,一些重要的特征就是数字化、网络化和信息化,总的来说,21世纪就是一个以网络为核心的信息时代。随着信息技术的飞速发展,信息时代的到来已经不可避免,信息时代的到来,给人类社会带来了巨大的变革和发展,同时也带来了新的机遇和挑战。网络对社会生活和经济发展的很多方面已经产生了不可估量的影响。
但随着技术的发展,我们发现,电信网络和有线电视网络都逐步融入了现代计算机网络的技术,扩大了原有的服务范围,计算机网络也能够向用户提供视频通话、视频服务等。理论上将三种网络融合成一种网络就能够取之所长,融合上述所有服务,这就是所谓的“三网融合”概念。
那什么又是“三网融合”呢?三网融合是指将电信网、广播电视网和互联网三者融合为一体,实现多种业务的共存、互通和发展。三网融合的实现可以提高网络的综合利用率,提升服务质量,推动信息化发展,满足人们的多样化需求。
20世纪90年年代以后,以Internet为代表的计算机网络得到了飞速发展,已成为全球最大和最重要的计算机网络,Internet是人类自印刷术发明以来在存储和交换信息领域的最大变革。Internet是由数量极大的各种计算机网络互连起来的。对于仅在局部范围互连起来的计算机网络,只能称为互连网。
互联网的两个重要基本特点:
人们的生活越来越依赖互联网,互联网的可靠性也越来越重要。现在互联网已经成为社会最为重要的基础设施之一。当然互联网的发展也是既有利也有弊的,但整体上,其产生的利益是远远大于弊端的。
互联网是指由多个相互独立的计算机和网络组成的全球性网络。它通过电子形式将世界各地的计算机和网络连接在一起,实现了信息的共享和交流。
计算机网络(简称为网络)由若干个节点(node)和连接这些节点的链路(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。由多个网络通过一些路由器互相连接起来,构成的一个覆盖范围更大的计算机网络,称为互连网。所以说,互连网又被称为网络的网络(networkofnetwork)。同时,与网络相连的计算机常被称为主机(host)。在互连网中不可缺少的路由器,是一种特殊的计算机,但是不能称作为主机,主要原因归结为:功能不同、硬件结构不同、操作系统不同、IP地址不同四个方面。
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一些路由器连接在一起。
注意:网络互连并不是简单的把计算机在物理上连接起来,仅在物理上的连接并不能达到计算机之间能够相互交换信息的目的,要实现相互交换信息,还必须在计算机上安装许多是计算机能够交换信息的软件。
补充
互联网服务提供者ISP可以从互联网管理机构申请到很多的IP地址,同时拥有通信线路以及路由器等连网设备,因此任何机构和个人只要向某个ISP缴纳规定的费用,就可以从该ISP获取所需IP地址的租用权,并可通过该ISP接入互联网。现在的互联网已不是某个单个组织所拥有而是全世界无数大大小小的ISP所共同拥有的。ISP当然也分为不同层次:主干ISP、地区ISP、本地ISP
补充互联网交换点IXP(InterneteXchangePoint):互联网交换点是一种网络设施,用于连接不同的互联网服务提供商(InternetServiceProvider,ISP)和其他组织,以便它们之间交换网络流量。IXP提供了一个共享的交换平台,使得ISP和其他组织能够更有效地交换数据和流量,从而提高网络性能和可靠性。在IXP中,不同的ISP和组织可以通过连接到IXP的路由器来交换网络流量。这种交换是通过一种称为“路由表”的机制实现的,其中每个参与者都会向IXP发送路由表更新,以便其他参与者可以找到它们的网络流量应该路由到哪个参与者。IXP还提供了一种称为“弹性分组交换”的技术,其中流量可以根据需要在不同的参与者之间动态路由。这种技术可以提高网络的可扩展性和容错性。总的来说,IXP是一个非常重要的网络基础设施,它可以帮助ISP和其他组织更有效地交换网络流量,从而提高网络性能和可靠性。
互联网的标准化对互联网的发展起到了非常重要的作用。缺乏国际标准将会使技术的发展处于比较混乱的状态,而盲目自由竞争的结果很可能形成多种技术体制并存,且互不兼容的状态,容易给用户带来很大的不便。
1992年成立了一个国际性组织叫做互联网协会(InternetSociety,简称ISOC)。以便对互联网进行全面管理以及在世界范围内促进其发展和使用。
互联网的标准化工作是由许多不同的组织和机构共同完成的。其中包括互联网工程任务组(InternetEngineeringTaskForce,IETF),它是一个由志愿者组成的全球性组织,负责制定和维护互联网的协议和标准;互联网协议审核委员会(InternetProtocolAssessmentBoard,IPAB),它是一个由IETF指定的委员会,负责评估和推荐互联网协议;以及其他一些组织和机构,如WorldWideWebConsortium(W3C)和UnicodeConsortium等。
这些组织和机构的工作主要包括制定和维护互联网协议、推进互联网技术的发展和应用、确保互联网的安全性和稳定性、以及推进互联网的普及和发展等。同时,这些组织和机构也会定期召开会议,交流和讨论互联网领域的最新技术和发展趋势,以便更好地推进互联网的标准化工作。
互联网正式标准制定通常可以分为三个阶段:
互联网标准制定的过程通常是非常复杂和漫长的,需要涉及多个组织和个人的合作和协作。同时,随着互联网技术的不断发展和变化,标准制定的过程也需要不断地进行调整和更新。
从互联网的工作方式看,其组成可以分为两块:边缘部分和核心部分。
边缘部分:由所有连接在互联网上的主机组成,这部分是用户直接使用的,用来进行通行(传送数据,音频和视频)和资源共享。
核心部分:由大量网络和连接这些网络的路由器组成,这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。
互联网的边缘部分指的是连接在互联网上的所有主机,这些主机又称为端系统。端系统可以是个人、单位、智能设备等,它们通过网络进行通信。互联网的边缘部分是用户直接使用的部分,例如浏览网页、发送电子邮件、进行在线购物等。在互联网的边缘部分,通常使用客户-服务器模式,客户端发送请求,服务器端接收请求并返回响应。此外,互联网的边缘部分还包括各种应用程序和服务,例如在线视频、音乐、游戏、社交媒体等。边缘部分利用核心部分所提供的服务,使众多主机之间能够互相通信并交换或共享信息。
补充“主机A和主机B进行通信”,实际上个是指“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。由于进程就是运行着的程序,因此就可以称为“主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信”,简称为“计算机之间通信”。
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——服务器方式(C/S方式)和对等方式(P2P方式)。
1.客户——服务器方式这种方式在互联网上是最常用的,也是传统的方式。计算机通信的对象是应用层中的应用进程,显然不能用响铃的方法来通知所要找的对方的应用进程,但可以采用客户——服务器方式的方式使得两个应用进程能够进行通信。客户是服务请求方,服务器是服务提供方。
客户程序和服务器程序主要特点客户程序:
服务器程序:
客户和服务器的通信关系建立后,通信可以是双向的,客户和服务器都可以发送和接收数据。
2.对等连接方式对等连接(peertopeer,简称P2P)是指两台主机在通信时,并不区分哪一个是服务请求方和哪一个是服务提供方。只需要两台主机都运行了对等连接软件(P2P软件),他们就可以进行平等的对等连接通信。在P2P网络环境中,彼此连接的多台计算机之间都处于对等的地位,各台计算机有相同的功能,无主从之分,一台计算机既可作为服务器,设定共享资源供网络中其他计算机所使用,又可以作为工作站,整个网络一般来说不依赖专用的集中服务器,也没有专用的工作站。
网络的核心部分是互联网中最复杂的部分,因为网络中的核心部分要向网络边缘部分中的大量主机提供连通性。使边缘部分中的任何一台主机都能够与其他主机通信。其中,路由器在网络核心部分起特殊作用,它是一种专用计算机。路由器是实现分组交换(packetswitching)的关键构件,其任务是转发收到的分组,是网络核心部分最重要的功能。
电路交换电路交换是一种通信方式,它使用电路连接在通信双方之间传输数据。在使用电路交换的情况下,在通信开始之前,会在通信双方之间建立一个物理连接,然后在这个连接上传输数据。在传输数据时,会将整个通信过程划分为多个时隙,每个时隙都会被分配一个固定的带宽。电路交换的优点是可以提供高质量、实时的通信,适用于对实时性要求较高的业务,如语音、图像等。但是,电路交换的缺点是需要预先建立连接,因此无法满足对灵活性要求较高的业务需求。
分组交换分组交换采用存储转发技术,在使用分组交换的情况下,通信双方之间不会建立一个物理连接,而是将数据划分为多个较小的分组,每个分组都会被作为一个独立的数据包发送出去。分组又称为“包”,而分组的首部也可称为“包头”。分组是在互连网中传送的数据单元。正是由于分组的首部包含了诸如目的地址和源地址等重要控制信息,每一个分组才能在互连网中独立地选择传输路径,并被正确地交付到分组传输的终点。
位于网络边缘部分的主机和位于网络核心部分的路由器都是计算机,但他们的作用却各不相同。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,即进行分组交换。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,这样一步一步以存储转发的方式,最终把分组交付给最终的目的主机。
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。当我讨论互联网的核心部分中的路由器转发分组的过程时,往往把单个网络简化成一条链路,而路由器则是核心部分中的一个节点。
采用存储转发的分组交换,实质上是采用了在数据通信的过程中断续(或动态)分配传输带宽的策略,其对传送突发式的计算机数据非常合适,同时也使得通信线路的利用率得到了进一步提高,因为分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源,分组在哪段链路上传送才占用哪段链路的通信资源。同时分组交换也存在一些新的问题,例如,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。此外,各分组必须携带的控制信息也造成了一定的开销,整个分组交换网还需要专门的管理和控制机制。
计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的,而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的(例如传输数据或视频信号)。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据,并能支持广泛的和日益增长的应用。
1.按照网络的作用范围进行分类
2.按照网络的使用者进行分类
3。用来把用户接入到互联网的网络
这种网络一般称之为接入网AN(AccessNetwork),也被称之为本地接入网或居民接入网。这是一类比较特殊的计算机网络,因为用户必须通过本地ISP才能接入到互联网,本地ISP可以使用多种接入网技术把用户的端系统连接到互联网。接入网实际上就是本地ISP所拥有的网络,它既不是互联网的核心部分,也不是互联网的边缘部分,接入网由某个端系统连接到本地ISP的第一个路由器(也称为边缘路由器)之间的一些物理链路所组成。很多接入网还是属于局域网,从作用上看,接入网知识起到让用户能够与互联网连接的“桥梁”作用。
计算机网络的性能一般是指它的几个重要的性能指标,但除了这些重要的性能指标,还有一些非性能特征(nonperformnacecharacteristics)也对计算机网络的性能有很大影响。
速率:速率是指连接在计算机网络上的主机在数字信道上每秒传输的数据量,它也称为数据率(datarate)或比特率(bitrate)。它通常以比特每秒(bps)或兆比特每秒(Mbps)为单位。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标,它直接影响网络的传输速度和数据传输的效率。当提到网络的速率时,往往指的是额定速率或标称速率,而并非网络实际上运行的速率。
计算机网络还有一些非性能特征也非常重要,这些非性能特征与前面介绍的性能指标有很大的关系。
计算机网络体系结构是指计算机网络层次结构模型,它是各层的协议以及层次之间的端口的集合,在计算机网络中实现通信必须依靠网络通信协议,协议是指网络中的节点相互协调通信的规则,计算机网络体系结构可以从网络体系结构、网络组织、网络配置三个方面来描述,网络组织是从网络的物理结构和网络的实现两方面来描述计算机网络,网络配置是从网络应用方面来描述计算机网络的布局,硬件、软件和通信线路来描述计算机网络,网络体系结构是从功能上来描述计算机网络结构。网络协议是计算机网络必不可少的,一个完整的计算机网络需要有一套复杂的协议集合,组织复杂的计算机网络协议的最好方式就是层次模型。
在计算机网络中要做到有条不紊地交换数据,就必须遵守一些事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题。这些为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定称为网络协议。协议是指在计算机网络中进行通信的双方必须遵守的一组规则或约定。这些规则规定了数据在网络中的传输方式、格式和标准,使得不同的设备和应用程序能够相互理解和交互。在计算机网络中,协议是通过网络协议层次来实现的,每一层都有自己的协议,不同层次之间通过接口来相互协作。
划分层次是将计算机网络体系结构划分为多个层次,每个层次都有自己的特定功能和任务。这种划分使得计算机网络的设计和实现更加模块化和灵活。通常,计算机网络体系结构被划分为七层,分别是应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层和链路层。每一层都有自己的协议和特定的功能,通过层层传递和交互,实现数据在网络中的传输和交互。
计算机网络的各层及其协议的集合就是网络的体系结构(architecture)。总之,体系结构是抽象的,而实现规则是具体的,是真正在运行的计算机硬件和软件。
五层协议的体系结构是指将网络协议分为五个层次,从上到下依次是应用层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。这种体系结构是基于TCP/IP协议的,它将网络协议分为四层:应用层、传输层、网络层和数据链路层,其中应用层负责应用程序之间的通信,传输层负责保证数据传输的可靠性,网络层负责路由和网络地址的转换,数据链路层负责在物理层上建立和维护网络连接,物理层则负责将数据信号转换为物理信号。这种五层协议的体系结构有助于更好地组织和协调网络协议,使得网络通信更加可靠和高效。
应用层(applicationlayer)应用层是体系结构中的最高层。应用层的任务是通过应用进程间的交互来完成特定网络应用。应用层协议定义的是应用进程间通信和交互的规则。这里的进程就是指主机中正在运行的程序。对于不同的网络应用需要不同的应用层协议。一般情况下,我们把应用层交互的数据单元称为报文(message)。
运输层(transportlayer)运输层的任务就是负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务。应用进程利用该服务传送应用层报文。运输层有复用和分用的功能。复用就是多个应用层进程可同时使用下面运输层的服务,分用和复用相反,是运输层把收到的信息分别交付上面应用层中的相应进程。
运输层主要使用两种协议:
网络层(networklayer)网络层负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务。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输。网络层的具体任务有两个。第一个任务是通过一定的算法,在互联网中的每一个路由器上生成一个用来转发分组的转发表。第二个任务较为简单,就是每一个路由器在接收到一个分组时,依据转发表中指明的路径把分组转发到下一个路由器。
互联网是由大量的异构(heterogeneous)网络通过路由器(router)互相连接起来的。互联网使用的网络层协议是无连接的网际协议IP(InternetProtocol)和许多中路由选择协议,因此互联网的网络层也叫做网际层或IP层。
数据链路层(datalinklayer)数据链路层常简称为链路层。两台主机之间的数据传输,总是在一段一段的链路上传送的,这就需要使用专门的链路层的协议。在两个相邻节点之间传送数据时,数据链路层将网络层交下来的IP数据报组装成帧(framing),在两个相邻节点间的链路上传送帧。每一帧包括数据和必要的控制信息(如同步信息、地址信息、差错控制等)。
物理层(physicallayer)物理层是计算机网络OSI模型中最底层的一层,它主要负责在物理媒介上传输数据比特流,其单位是比特。物理层的主要任务为确保数据在物理媒介上传输的可靠性,即数据的正确性和完整性;确定物理媒介的特性,如数据传输速率、信号电平、线路类型等;提供物理连接,包括物理接口、连接建立、连接维护和连接拆除等;实现数据传输的安全性和保密性。物理层的主要协议包括RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。物理层的主要设备包括网卡、交换机、路由器等。