CN.StudyLog.Ch1.Introduction.计算机网络导论（Part1）
计算机网络概述
计算机在信息时代的作用
显著特征：数字化、信息化、网络化
数字化：我们现实中的信息都可以变为电脑能够存储和处理的0和1数据表示（010111数据流）。
一个学生的信息：姓名、年龄、地址和照片等
这些都可以存储到电脑里，存储的方式都是0/1表示的数据流。可以经过应用程序读出并可视化的表现出这些数据。
信息化：可以理解为带来的便利。比如曾经的固话到现在的移动电话，从短信交互到现在的QQ微信交互，这也都是信息化。包括淘宝的买家卖家之间的信息交互，数据处理，也都是信息化。
网络化：数据化、信息化不管是有线网络还是无线网络都离不开网络化。网络化分为三网，电信网络【最早】，计算机网络，有线电视网络。
电信网络：最早的是固定电话，国内的电信运营商把各个城市通过铜线/光纤把网连起来，目的是为了打电话。现在的电信分为移动、联通等多个运营商来维护他们。也就说电信网络原来只指电话，现在还包括了移动通讯（手机）之类的。
计算机通信：它是用的计算机网络，分为因特网和其他网络。因特网是互联网上最大的Internet，还有其他的网络，比如政府专用网络，它不和外面连接，这是为了安全起见。
有线电视网：我们家里的电视通过有线电视收看节目，这也是一个网络，叫做有线电视网。这个网络数据通向最开始是单向的，电视节目通过有线网络到你的电视上。随着发展，现在我们可以点播节目了，可以向媒体服务提供端来点播节目，也就说双向通信。也就说现在大部分电视（按照我国人口普查比例，单向通信有线电视仍占多数）仍然是单向通信，但是能够点播节目的是可以双向通信的。
我们对网络化带来生活上的便利已经出现了严重的依赖。
计算机网络的重要功能
连通性：让设备之间彼此联通交换信息。我们一直都在使用，只有计算机联网，我们才能和其他人进行网络交互（互传文件，QQ聊天等）。
共享：提供信息共享，比如各种招聘网、网商发布的各类广告信息。还能提供软件硬件共享，假设我们有一个配置好的服务器，远程连接后，这个服务器上安装的软件/虚拟机我就可以直接使用。(很像在计算机上开了虚拟机，只不过这个虚拟机管理权未必属于你），这就是软件共享。硬件共享就是我的计算机没有连接打印机，但是另一台计算机连接了打印机，但是这两台计算机网络互连，这样我就可以在我的计算机通过网络传给另一个电脑并且利用和它直接相连的打印机打印。也就说这个打印机不一定非要接到本地才能用，通过网络也可以使用，这就是硬件共享。
因特网概述
讲因特网之前，先要明白的概念：网络、互联网、因特网。
网络：计算机通过集线器或者交换机这样的设备组建一个局域网。这就是一个网络。这些网络设备（计算机、交换器、集线器等）都叫做节点，网线叫做链路。其中，网线的最大长度不超过100米。
互联网：假设上图中左图为一机房的抽象。这个机房与另一个机房需要通过路由器来连接，这样两个机房构成的网络就是互联网，也就说互联网就是网络与网络的链接结果，这样这个局域网络的规模就变大了。路由器设备可以有广域网接口，所以可以传播很远，这样通过路由器接交换机，网络中计算的数量也增加了。
此图表示网络中的路由器。 
这是路由器的实际外貌，与
接线器的实际外貌。
因特网：也是互联网，特指全球最大的互联网。
注意英语中因特网和互联网的大小写关系。计算机通过TCP/IP协议连接网络，允许在互联网中信息交互。
因特网发展的三个阶段
因特网发展的三个阶段，如图所示。
第一阶段：
1969年产生了分组交换网，就是用网络设备把计算机连起来。
1975年产生了连接分组交换网的互联网，网络规模变大
1983年,TCP/IP成为互联网的标准协议。所以通常我们说因特网起源于1983年，但那个时候网络并未对外开放，依然用于美国国防部。TCP/IP协议是国防部研发的，没有想对外开放，所以当时该协议存在很多安全问题(因为使用该网络的都是政府自己人）。然而现在的TCP/IP协议被广泛使用，那么这些未被考虑的问题就可能被别人恶意利用，比如ARP欺骗，这是TCP/IP的先天不足。但是现在出现的IPv6已经把这个问题考虑进去了。
第二阶段：
三级结构的因特网，开始于1985年。美国国家科学基金会围绕6个大型计算机中心建设计算机网络，他们的网络一共分三级。下级的小单位建立的网络（校园网、企业网），把这些单位网络连接，接入当地的地区网。然后不同地区之间地区网使用主干网来连接起来。这样构成了三级结构。1993年主干网带宽只有45M。
第三阶段：
1993年开始，美国政府不再负责互联网运营而交给各种企业公司。这些运营公司就叫做ISP（网络服务提供商），这些ISP分层，分级（一共三级）。国内的ISP典例就是联通、电信、长城网络等。这些ISP又分级，比如小区拨号上网，然后本地运营商会分配给用户公网地址，让用户接入网络。
因特网的地址并不是随意分配，而是由一个统一安排，这就是为什么查IP时可以查出大致区域。这些是地址可以直接百度一下。具体的内容后面会详解，这里只提一个概念。
多层次ISP结构的互联网
第三层主要提供互联网接入，第二层主要是接第三层的互联网接入，第一层主要负责接第一层的互联网接入。
那么我们的服务器应该放在什么位置呢？根据规模不同，应该尽可能放在靠近一级的区域内，如果服务规模不大（如仅限中国国内），那么我们可以放在第二层ISP位置处，如果需要给全世界提供服务，则放在大公司这个位置比较合适，这样全球访问速度都比较快，因为大公司与第一层ISP直接相连。反之，如果放在第三级ISP，则其他ISP访问网络时都需要走到这个固定的位置，那么随着距离的增加，速度会很慢。
中国互联网
比如这个ISP的国际出口带宽是822M，到其他运营商的带宽分别是155~1000M等。他们之间的链接路径很多，如果用户通过该网络连接移动互联网中的内容，速度较快，但是如果连接中国科技网时，速度会很慢，因为这是不同的运营商，而且中间链路的带宽很低。
我们可以很清楚的知道，我们下载东西，特别是从集成网站中，一般会让你选择一些下载路径。比如
这时，选择本地运营商来下，速度比较快（联通的网络用联通下比电信网要快）。针对这种问题呢，出现了双线机房的概念。双线机房就是同时连接了多个运营商，速度比运营商之间互联速度明显快很多。因为跨运营商网络很容易造成网络拥堵（访问量很大）
因特网的标准化工作
整个互联网需要众多网络设备来连接，因特网协会统一制定规则，其他ISP遵守规则并生产设备。
其中因特网研究部的业务是理论方面的研究和开发一些需要长期考虑的问题。因特网工程部又分为很多领域，某个领域会集中研究一些近期的工程问题。做一个了解即可。
因特网的组成
因特网的核心部分
核心部分指的是能够让计算机通讯的网络，这些计算机我们称之为边缘部分。
边缘部分和核心部分用到的技术我们接下来一一来讲。
主机之间的通信方式有两种。
客户服务方式 C/S
客户服务器方式：简称CS。举个例子，我们通过浏览器访问一个网站，这个网站就是一个服务器，而我们使用的浏览器就是一个客户端，这种客户端访问服务器的方式，就是CS。我们正常下载一个电影，速度还可以，假设有多个人同时下载这一个电影，如果大家都从这一个服务器上下载，那么这个服务器的带宽就会有压力，速度也会明显下降。也就说客户端越多，服务端提供的下载速度越慢。
对等服务方式P2P
对等方式：简称P2P。P2P下载：下图所示，假设C是服务器，有一个500M的资源，D从C开始下载，经过一定时间下载了200M；此时F想要下载C的资源，那么F可以把D当成一个服务器，并且从D中下载这200M的资源。也就说这些计算机既是服务器也是客户端。也就说一台计算机下载资源的源头可以是多个的，然后测试多个源头的速度，并且分块下载最佳的部分。也就说P2P中下载同一资源的PC越多，速度越快。
因特网的边缘部分
电路交换
数据交换的方式如图所示。计算机网络就是使用分组交换来通信的。但是我们这边具体拓展一下、
电路交换：就是打电话。当A给B拨号时，交换机在内部给他们两个建议连接，原理很简单，就是需要通话时，令他们相连，结束后释放连接即可。
而且AB通话时，CD也可以申请新的线路进行通话。这个过程就是申请通信资源的过程。
ACD为本地，B为其他地区。连线方式如图所示，这条黑线就是一条临时专线，A发的数据B必定能收到，接收端只有一个，所以这种时候不需要写目标地址。
占线：当A与B在通信中，D如果想给A打电话，资源发送到端口发现通信中，则需等待。
电路交换适合于实时通讯，核心路由器之间可以电路交换。也就是说，语音视频这类用电路交换比较合适，允许在说话之前等待几秒钟把电路连接起来，之后的交流很流畅。但是不允许AB之间交流有很大的延迟。
分组交换
计算机网络就是计算机网络的交互方式。发送端这一串比特流，假设他是一个word文档，这个完整的文档就叫报文。这个报文假设是20M，要传输的话过大，需要分段传输。把一个报文分成多段，每一段都要写上地址（接收端是谁）。接收端分批收到后，去掉首部，然后取得三部分数据再整合，获得一个完整的word文档。【具体的数据包传输内容后续会做详解】
H1向H5发送分组，分成若干个数据片段。路径是多样的，比如ABDE/ABE/ACE/ACBE。这些数据片段不一定走的是同一个路径。他们会选择最佳路径，说不定走哪一条，因为不同时间点，同一线路的拥堵情况也不同。整个网络中的所有线路都可以复用。路由器有存储转发的功能，每个路由器的每个端口具备一定是数据存储功能，也就是说数据包传输时，同一方向的数据包可以进行排队等待。当然，排队不能太多，否则会导致数据包丢失（丢包）。
分组交换的优点：高效、灵活、迅速、可靠。问题：时延（网络聊天发送消息有时候会卡，发不出去等）、开销
报文交换
报文交换一般比分组长，报文交换的时延比较长。
详解电路交换
t是时间轴。ABCD是四个独立的设备，ABCD设备之间传输数据当然需要时间。也就说AB之间的斜线的投影就是传输过程中耽误的时间。两个斜线段之间的竖直线段的长度是，设备考虑给哪个设备发送数据包的时间。回馈的反方向斜线的投影就是接收端传输给发送端的确认信息所需要的时间。然后报文的传输时间（竖直的线，就是发送延迟），很直观。四边形的最下面斜边的投影是传输时延（延迟）。最后的三斜线就是释放连接耽误的时间，
报文交换：
报文的传输时间（竖直的线，就是发送延迟），很直观。四边形的最下面斜边的投影是传输时延（延迟）。最后的三斜线就是释放连接耽误的时间，两个报文之间的时间间隔是收到上一条报文后的处理时间。
分组交换：
把一个报文分成四段。类似于流水线（计算机组成原理知识。）将一个报文分成1234四个部分，在均等的时间段内，第一个时间段内完成把1从A发送到B，第二个时间段开始发2（A到B），且因为1已经从A发送到B，则这个时间段同时开始将1从B发送到C。同理最大限度高效的分配时间。
三种电路的比较：电路交换发送报文的速度理论上是最慢的，如图所示，报文交换发送了三条报文的时间，电路交换却仅仅处理了一条报文。但是分组交换的效率高下立判。
