计算机网络：互联网概述
互联网
21 世纪是一个以网络为核心的信息时代，时代特征是数字化、网络化和信息化，其中要实现信息化就必须依靠完善的网络，因为网络可以非常迅速地传递信息。网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础，对社会生活的很多方面以及对社会经济的发展已经产生了不可估量的影响。按照提供的服务来说有三大类网络：电信网络向用户提供电话、电报及传真等服务，有线电视网络向用户传送各种电视节目，计算机网络则使用户能够在计算机之间传送数据文件。这三种网络在信息化过程中都起到十分重要的作用，但其中发展最快的并起到核心作用的则是计算机网络。
计算机网络最典型也是最成功的例子就是互联网(Internet)，这是由数量极大的各种计算机网络互连起来的网路。我们日常生活中的所谓的“上网”，就是通过互联网的各种应用实现的，这体现了互联网的 2 个特点：
- 连通性：互联网中的用户终端看上去是彼此连通的；
- 资源共享：这包括信息共享、软件共享和硬件共享，例如使用互联网访问各种图片、音视频之类的。
计算机网络
网络的网络
计算机网络由若干结点和连接这些结点的链路组成，网络中的结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。
网络之间还可以通过路由器互连起来，构成更大的计算机网络称为互连网，互连网也被称为是“网络的网络”(network of networks)。
习惯上与网络相连的计算机常称为主机(host)，图例中往往会使用一朵云来表示互连网。如此的话互联网里面就只剩路由器和连接这些路由器的链路。网络把许多计算机连接在一起，而互连网则把
许多网络通过路由器连接在一起，与网络相连的计算机常称为主机。
互联网的组成
互联网可以分为 2 个部分：
- 边缘部分：由所有连接在互联网上的主机组成，用户通过边缘部分进行通信和资源共享；
- 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连通性和交换。
边缘部分是连接在互联网上的所有的主机，又称为端系统(end system)，“端”就是“末端”的意思(即互联网的末端)。
互联网的发展
互联网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。
单个网络
1969 年美国国防部创建的第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网，所有要连接在 ARPANET 上的主机都直接与就近的结点交换机相连。到了 20 世纪 70 年代中期，人们认识到不可能仅使用一个单独的网络来满足所有的通信问题。于是 ARPA 开始研究多种网络(如分组无线电网络)互连的技术，这就导致了互连网络的出现。
三级结构
第二阶段的特点是建成了三级结构的互联网，这个网络分为主干网、地区网和校园网(或企业网)。这种三级计算机网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为互联网中的主要组成部分。
多层次 ISP 结构
目前网咯是多层次 ISP 结构的互联网，也就是说网络由互联网服务提供者 ISP (Internet Service Provider)来提供。在许多情况下 ISP 就是一个进行商业活动的公司，例如中国电信、中国联通和中国移动等公司。ISP 可以从互联网管理机构申请到 IP 地址，同时拥有通信线路以及路由器等连网设备，机构和个人只要某个 ISP 交钱后就可以连接上网络。
根据提供服务的覆盖面积大小以及所拥有的 IP 地址数目的不同，ISP 分为 3 个不同层次。
| ISP 层次 | 说明 |
|---|---|
| 主干 ISP | 由几个专门的公司创建和维持，服务面积最大(一般都能够覆盖国家范围)，并且还拥有高速主干网 |
| 地区 ISP | 通过一个或多个主干 ISP 连接起来 |
| 本地 ISP | 给用户提供直接的服务 |
端系统通信
处在互联网边缘的部分就是连接在互联网上的所有的主机，这些主机进行通信和资源共享的方式有客户-服务器方式和 P2P 方式。
客户-服务器方式
“主机 A 和主机 B 进行通信”，实际上是指：“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一个进程进行通信”。大部分网络应用程序在编写时都假设一端是客户，另一端是服务器，其目的是为了让服务器为客户提供一些特定的服务。可以将这种服务分为两种类型：重复型或并发型。
重复型服务器通过以下步骤进行交互：
- 等待一个客户请求的到来。
- 处理客户请求。
- 发送响应给发送请求的客户。
- 返回第 1 步。
并发型服务器采用以下步骤：
- 等待一个客户请求的到来。
- 启动一个新的服务器来处理这个客户的请求。在这期间可能生成一个新的进程、任务或线程，并依赖底层操作系统的支持。这个步骤如何进行取决于操作系统。生成的新服务器对客户的全部请求进行处理。处理结束后，终止这个新服务器。
- 返回第 1 步。
并发服务器的优点在于，它是利用生成其他服务器的方法来处理客户的请求，也就是说每个客户都有它自己对应的服务器。如果操作系统允许多任务，那么就可以同时为多个客户服务。对服务器而不是对客户进行分类的原因，是因为对于一个客户来说，它通常并不能够辨别自己是与一个重复型服务器或并发型服务器进行对话。
P2P 模式
若两台主机在通信时不区分哪一个是服务请求方哪一个是服务提供方，只要两台主机都运行了对等连接软件就可以进行平等的、对等连接通信，这种工作方式也称为 P2P 方式。
路由器分组交换
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，这是网络核心部分最重要的功能。
电路交换
电话之间的互通是通过电路交换，每一部电话都直接连接到交换机上，而交换机使用交换的方法。“交换”的含义就是转接，也就是把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。电路交换分为三个阶段：
- 建立连接：建立一条专用的物理通路供双方通话使用；
- 通信：呼叫和被呼叫双方互相通电话；
- 释放连接：释放刚才使用的这条专用的物理通路。
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。电路交换的传输效率往往很低，这是因为计算机数据是突发式地进行传输，线路上真正用来传送数据的时间很少，这就导致了分配的资源在大部分情况下是空闲的。
分组交换
通常把要发送的整块数据称为一个报文，在发送报文之前先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段，在每一个数据段前面加上一些由必要的控制信息后构成了一个分组(packet)。路由器是用来转发分组的，路由器收到一个分组，先暂时存储并检查其首部，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。这样一步一步地以存储转发的方式，把分组交付最终的目的主机。
分组交换有如下 4 个优点：
- 高效：动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用；
- 灵活：为每一个分组独立地选择最合适的转发路由；
- 迅速：不先建立连接就能向其他主机发送分组；
- 可靠：可以实现分布式多路由的分组交换网。
标准化
RFC 文档
所有的互联网标准都是以 RFC 文档的形式发表的，但是并非所有的 RFC 文档都是互联网标准。RFC(Request For Comments)的意思是“请求评论”，作用是提供各种信息，最终经过漫长的制定后才能确定是否成为互联网的标准。RFC 文档的篇幅 1~200 页不等，文档按发表时间的先后编上序号，一个 RFC 文档更新后就使用一个新的编号生成一份新文档。所有的 RFC 文档都能免费下载：https://tools.ietf.org/
制定互联网的正式标准要经过以下三个阶段：
- 互联网草案：互联网草案的有效期只有六个月，还不能算是 RFC 文档。
- 建议标准：开始就成为 RFC 文档；
- 互联网标准：达到正式标准后分配到一个编号 STDxx，一个标准可以和多个 RFC 文档关联。
除了建议标准和互联网标准这两种 RFC 文档外，还有三种 RFC 文档：
- 历史的 RFC 文档：或者是被后来的规约所取代，或者是从未到达必要的成熟等级因而未变成为互联网标准；
- 实验的 RFC 文档：表示其工作属于正在实验的情况，而不能够在任何实用的互联网服务中进行实现；
- 提供信息的 RFC 文档：包括与互联网有关的一般的、历史的或指导的信息。
标准化组织
有 4 个组织来负责 TCP/IP 的管理和定义新的标准。在 1992 年成立互联网协会(Internet Society，ISOC)，负责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，ISOC 下面有一个技术组织叫做互联网体系结构委员会 IAB(Internet Architecture Board) 负责管理互联网有关协议的开发。IAB 下面又设有两个工程部：
- 互联网工程部 IETF(Internet Engineering Task Force)：由许多工作组 WG(Working Group) 组成的论坛，具体工作由互联网工程指导小组 IESG(Internet Engineering Steering Group)管理。这些工作组划分为若干个领域(area)，每个领域集中研究某一特定的短期和中期的工程问题，主要是针对协议的开发和标准化。
- 互联网研究部 IRTF(Internet Research Task Force)：由一些研究组 RG(Research Group )组成的论坛，具体工作由互联网研究指导小组 IRSG(Internet Research Steering Group) 管理。IRTF 的任务是研究一些需要长期考虑的问题，包括互联网的一些协议、应用、体系结构等。
参考资料
《计算机网络(第七版)》 谢希仁 著，电子工业出版社
