计算机网络：概论

Internet概览

网络

网络是由一组具有通信能力的设备相互连接而形成的，设备可以是主机（host，如大型计算机、桌面计算机、笔记本电脑、工作站、无线电话等），也可以是连接设备（路由器、交换机、调制解调器）。
局域网（LAN）互联主机，广域网（WAN）互联交换机、路由器、调制解调器等连接设备。
局域网由使用它的组织拥有；广域网通常由通信公司建设和运营，使用它的组织进行租用。

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广域网也有两种形式，点到点广域网和交换式广域网。
点到点广域网通过传输介质连接两个通信设备，而交换式广域网是交换机连接几个点到点广域网而形成的。

交换

互联网是一个交换式网络，它由链路和交换机组成的，一台交换机至少将两条链路连接在一起。交换式网络有电路交换网络和分组交换网络两种类型，下面分别讨论：

电路交换网络

在电路交换网络中，两个端系统之间总是存在一条专用的连接（称为电路），交换机只能使其变成活跃或非活跃状态，电话网络是常见的电路交换网络。

分组交换网络

和电话机连续通信不同，分组交换网络使用被称为分组（packet）的数据块通信。由于分组是一个能够被存储和以后发送的独立实体，因此这种机制允许我们实施存储转发的交换功能。
分组可能会遇到一些延迟。

Internet

最著名的互联网叫做Internet，它由一系列主干、提供者网络和客户网络组成。
主干（backbone）处于最高层，是一些通信公司拥有的大型网络，主干通过被称为对等点的复杂交换系统进行连接。
提供者网络处于第二层次，它们通过付费使用主干网络服务。
客户网络则向提供者网络付费。

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主干和提供者网络称为Internet服务提供商（ISP）。

访问Internet

用户访问Internet需要物理上连接到一个ISP，物理连接通常利用一条点到点广域网实现。

使用电话网络

拨号服务：
第一种解决方法是在电话线路中增加将数据转换成语言的调制解调器，但这种方式不能同时支持网络连接和电话连接。
DSL服务：
DSL服务允许语言和数据通信同时进行。

使用有线电视网络

使用无线网络

直接连接到Internet

大机构或大公司自身可以变成一个本地ISP并连入Internet，这种方法要求组织或公司从一个线路提供者那里租用高速广域网并将它连入地区ISP。

TCP/IP协议簇

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/互联网协议）是目前因特网使用的一个协议簇（按不同层次组织的协议集），是一个5层模型：

• 应用层
• 传输层
• 网络层
• 数据链路层
• 物理层

考虑一个网络：源主机A，链路1的链路层交换机、路由器、链路2的链路层交换机和目的主机B。
主机AB包含了所有5个层次；
路由器只涉及低3个层次，它总是拥有一个网络层，但会涉及n个数据链路层和物理层的组合，其中n为路由器连接的链路的数目。
链路层交换机只涉及低2个层次，只涉及一个数据链路层和一个物理层。

高3层的任务范围是互联网，低2层的任务范围是链路。

下面简单讨论各层的主要任务。

应用层

两个应用层之间的逻辑连接是端到端的，应用层的通信处于两个进程之间，一个进程向另一个发送请求，并接收另一个进程的响应。
在这一层包含了很多预定义的协议，如超文本传输协议（HTTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、文件传输协议（FTP）等。

传输层

传输层的逻辑连接也是端到端的，源主机的传输层从应用层得到消息，封装成传输层的分组，然后进行发送。
传输层也有多个协议，如面向连接的传输控制协议（TCP）、无连接的用户数据报协议（UDP）和服务于多媒体的流控制传输协议（SCTP）。

网络层

网络层的通信是主机到主机的，从源主机到目的主机的路径上的路由器负责为每个分组选择最好的路径。
在这一层的主要协议有：因特网协议（IP）和一些帮助IP转发和进行路由工作的辅助协议。

数据链路层

当路由器选择好需要传输的下一条链路后，数据链路层接管这个数据报并使它穿过这条链路。这条链路可以是有线网，也可以是无线网，不同的链路类型存在不同的协议。
TCP/IP没有为数据链路层定义任何特定的协议，它支持所有标准和私有的协议。数据链路层接管一个数据报并将它封装在一个称为帧的分组中。

物理层

物理层负责携带一个帧中单独的比特穿过链路。

地址

与协议分层相关的另一个概念是地址，每一对层次直接存在逻辑通信，都需要两个地址：源地址和目的地址。由于物理层不需要地址，我们通常只需要4对。
层次、地址、分组名之间存在一定的关系：
消息——应用层——名字
段/用户数据报——传输层——端口号
数据报——网络层——逻辑地址
帧——数据链路层——链路层地址（MAC地址）

多路复用和多路分解

TCP/IP协议簇在一些层次上使用多个协议，因此我们在源端需要进行多路复用，在目的端进行多路分解。
多路复用的意思是：一个协议能够封装来自多个上层协议的分组（一次一个），如TCP可以封装来自FTP和HTTP的分组。
多路分解的意思是：一个协议能够进行解封装，并且将分组投递到多个上层协议（一次一个），如TCP可以将分组投递到FTP和HTTP。

为了进行多路复用和多路分解，协议需要一个用于标识被封装的分组属于哪种协议的头部字段。

OSI模型

TCP/IP协议簇不是唯一被定义的协议簇，开放系统互联模型（OSI）是一个覆盖网络通信所有方面的ISO标准。这里ISO是指国际标准化组织。
开放系统是一个允许任意两个不同系统进行通信的协议集，无论这两个系统采用何种结构。OSI模型不是一种协议，而是一种设计网络系统的层级化结构，它包含7个层次。

相比之下，TCP/IP没有表示层和会话层，一般认为它的应用层就包含了OSI模型的3层。

小结

网络是一个又通信链路连接起来的设备集合。因特网由很多广域网和局域网通过连接设备和交换站点连接而成。大部分最终用户需要使用ISP提供的服务。ISP又分为主干ISP、区域ISP和本地ISP。

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协议是管理通信的规则集，在协议分层中，要遵循两个原则来提供双向通信。
一是每层需要实现两个相反的任务；二是位于两端每层下的两个对象应该是相同的。
TCP/IP协议是一个由5个层次组成的层次化协议。