计算机网络基础知识和术语（一）

一.计算机网络概述

1.1 定义

计算机网络: 也称计算机通信网。是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统 , 由功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。

简单说,计算机网络 就是通过 通信链路（电缆、电话线或无线通讯）将两台以上的计算机互连起来以共享资源为目的的、自治 的计算机的集合。

1.2 功能

1.数据通信（数据传输）：计算机网络的基本功能之一，用于实现计算机之间的数据传输，信息和文件的传送等。

2.资源共享：同一个计算机网络上的其他计算机可以使用某一台计算机资源的行为，可共享

• 硬件（典型的服务器租赁，云计算，打印机使用等）
• 软件（远程访问主机使用各种APP或者客户端应用等）
• 数据资源（如百度文库资源使用）

3. 负载均衡：工作被均匀的分配给网络上的各台计算机系统。

多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。

特点：
1.能够自动检测 系统负载情况 ，服务器故障 并将 相应任务从故障服务器移除
2.能够支持多种负载均衡策略，例如轮询、加权轮询、最少连接等。
3.能够提高系统的可用性和可靠性，因为即使其中一台服务器出现故障，其他服务器仍然可以继续提供服务(替代机)。

分布式处理：在网络系统中若干台在结构上独立的计算机可以互相协作完成同一个任务的处理。

特点：
1.分布式处理能够提高系统的运行效率。
2.比并行系统具有更高的资源利用率和吞吐量，因为并行系统最多只能使用一组处理机，而分布式系统可以使用多个处理机。
3.比并行系统更容易扩展，因为并行系统最多只能扩展到一定数量（例如8个）的处理机，而分布式系统则可以连接大量的处理机（例如数千个）。
4.比并行系统更容易构建，因为并行系统需要高速互联和同步机制，而分布式系统可以使用现有的通信网络。

4.集中管理：通过各种管理系统，实现了日常工作的管理，以及信息的整理存储。降低了管理难度，和管理成本。

5.综合信息服务
通过提高性能、分布处理和合理选择网络资源，计算机网络为入网用户提供最本质的功能，避免系统瘫痪，提高系统可靠性。

发展：

1.3 第一阶段

1.3.1 阿帕网（ARPANET）

美国国防部高级研究计划署（ARPA）于1969年建立的一个计算机网，是最早的全球分组交换网络。最初只有四个节点，
特点：
1.基本上是一种广域网，是全球互联网的始祖。
2.使用了分组交换网络的概念。
3.使用接口消息处理器（IMP）进行子网划分。
4.ARPANETs 软件被分成两部分——主机和子网。
用于通过电子邮件进行协作。
在重要文件和国防数据的传输方面取得了进步。
5.多个节点一起通信（分散的指挥系统），每个节点连接许多不同终端，某个节点的损毁不会影响整个网络的通信。

局限：
局域网（LAN）连接数量的增加导致处理困难。
只可以连接同一类型的网络

1.3.2 互联网（internet）

在阿帕网的基础上发展起来的，是一个全球性的网络集合，由许多个网络组成，包括阿帕网在内。实现了不同网络的互联。

1.3.3 因特网（Internet）

一个更大、更广泛的概念，它包括了所有的互联网，也包括一些内部的私有网络。因特网通常被用来表示一个全球性的、开放的网络集合。全球最大的互联网
在技术上，因特网是互联网的一种，但因特网在规模和影响力方面比互联网更大。

总之，阿帕网是互联网的前身，而因特网则是在阿帕网和互联网的基础上发展起来的，包含了所有的网络集合。

1.4 第二阶段----三层网络结构

1.5 第三阶段—多层次ISP结构

1.5.1定义（ISP与ICP）

ISP全称Internet Service Provider，因特网服务提供者/提供商，是一个向广大用户综合提供互联网接入业务，信息业务和增值业务的公司。如中国电信，中国联通，中国移动等。
ISP可以为用户分配IP

ICP（Internet Content Provider）是指互联网内容提供商，是指在互联网上提供各种信息、娱乐、交互等服务的内容提供商。ICP通常需要向用户提供丰富的内容，例如新闻、音乐、电影、游戏、教育等，同时也需要维护自己的网站、服务器和应用程序等基础设施。

ICP通常需要向用户提供丰富的内容，例如新闻、音乐、电影、游戏、教育等，同时也需要维护自己的网站、服务器和应用程序等基础设施。非经营性网站只需办理ICP备案即可。

1.5.2 分类

ISP可分为三种类型：

第一层ISP（主干ISP）：这种类型的ISP主要通过通信线路连接到远程计算机，然后通过远程计算机连接到互联网。
第二层ISP（地区ISP）：这种类型的ISP除了可以提供第一层ISP的服务外，还可以通过设置中继线连接到其他ISP的网络。
第三层ISP（本地ISP）：这种类型的ISP除了可以提供第一层和第二层ISP的服务外，还可以通过设置路由连接到其他ISP的网络。

1.5.3 ISP主要特点

1.提供多种互联网服务：ISP可以提供多种互联网服务，例如：域名注册、虚拟主机、服务器租赁、服务器托管、云服务器、网站建设、网站推广、企业邮箱、网络营销、软件开发等等。
2.拥有丰富的网络资源：ISP拥有丰富的网络资源，包括带宽、服务器、机房等等，这些资源可以满足不同用户的需求。
3.提供安全保障：ISP提供多种安全保障措施，例如：防火墙、入侵检测系统等等，可以保护用户的数据安全。
4.提供快速的响应速度：ISP提供快速的响应速度，可以满足用户对快速响应的需求。
5.提供全面的技术支持：ISP提供全面的技术支持，可以解决用户在使用互联网服务时遇到的各种问题。

1.5.4 因特网交换点IXP

是一种物理基础架构，它允许不同的因特网服务提供商在它们的自动系统之间通过对等协议来交换因特网通信。
IXPs典型的由ISPs使用来减少对它们各自上行提供商的依赖；此外，它们被使用来增加功率和容错性。
特点：
允许两个网络直接相连，不需要第三个网络来转换分组（如图中主机A和B避免了多层ISP的转接），大大提高了资源共享和信息传递速度。

二.计算机网络组成

2.1 从组成设备上划分

具体设备介绍将在后面相应的OSI模型层级出现，这里先大致了解

2.1.1 硬件

端

是指网络中的一个设备，比如一台电脑或服务器。端到端的通信，如主机a和主机b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。

端系统可以包括提供资源的电脑、服务器等，而端到端的通信是指主机之间的通信。

端系统(主机)

指在因特网上的所有主机。一台普通的个人电脑、小型服务器或者一些大型计算机，它们是网络中的终端设备，负责接收和发送数据，并且可以通过升级和扩展来提高性能和扩展功能。

端系统通常是通过网络协议（例如TCP/IP）与其他主机进行通信，并且可以通过网络访问服务器或其他设备。
端系统包括：桌面计算机（桌面PC、Mac和linux盒）、服务器（web和电子邮件服务器）和移动计算机（便携机、智能手机和平板电脑）。

网卡

也称网络适配器，是连接计算机和传输介质的接口；

网络电缆

是用来连接网络中各个设备的，常见的电缆有双绞线、光纤、电话线等；

网络设备

包括交换机、路由器、调制解调器等，它们是发送或接收数据的终端设备。

2.1.2 网络操作系统

常见的网络操作系统有：Windows，Linux等。

Windows类操作系统：随着电脑硬件和软件系统的不断升级，微软的windows操作系统也在不断升级，从16位、32位到64位操作系统。具有多用户、多任务的特点，支持多种处理器架构。
Linux类操作系统：是一种源代码开放的网络操作系统，可以安装在各种计算机硬件设备中，如手机、平板电脑、路由器、视频游戏控制台、台式计算机等。

2.1.3 网络协议

计算机网络协议是有关计算机网络通信的一整套规则，或者说是为完成计算机网络通信而制订的规则、约定和标准。
常见的网络协议有以下几种：

应用层：应用层是网络协议最高的一层，包括各种应用程序，例如电子邮件、网络浏览器等。
作用：提供应用程序间的通信和交互，如HTTP、FTP、SMTP等。
传输层：传输层是网络协议的中间一层，主要是为了提供可靠的数据传输服务，例如TCP协议等。
作用：提供端到端的数据传输服务，如TCP、UDP等。
网络层：网络层是网络协议的核心一层，主要是为了实现网络之间的通信，例如IP协议等。
作用：实现不同网络之间的通信，如IP、ICMP等。
数据链路层：数据链路层是网络协议的底层，主要是为了实现同一网络内部的通信，例如以太网协议等。
作用：实现同一网络内部的通信，如以太网协议等。

TCP（Transmission Control Protocol）

是一种可靠的、面向连接的传输协议，可以实现数据包的可靠传输和流量控制等功能。

UDP（User Datagram Protocol）

是一种不可靠的无连接协议，可以实现快速数据传输，但可能会存在数据丢失等问题。

• 面向无连接的服务
  指通信双方不需要事先建立一条通信线路，而是把每个带有目的地址的包（报文分组）送到线路上，由系统自主选定路线进行传输

• 面向连接的服务
  通信双方在通信时，要事先建立一条通信线路，其过程有==建立连接、使用连接和释放连接三个过程

HTTP（Hypertext Transfer Protocol）

一种用于传输超文本的协议，可以实现网页浏览、下载文件等操作。

HTTPS（Hypertext Transfer Protocol Secure）

是一种安全的HTTP协议，可以实现加密传输和身份验证等功能，常用于银行、电商等网站。

FTP（File Transfer Protocol）

一种用于文件传输的协议，可以通过网络在不同设备之间传输文件。

SMTP（Simple Mail Transfer Protocol）

是一种用于发送电子邮件的协议，可以实现不同设备之间的邮件传输。

POP（Post Office Protocol）

是一种用于接收电子邮件的协议，可以让用户从邮件服务器上接收邮件。

IMAP（Internet Message Access Protocol）

是一种用于接收和发送电子邮件的协议，可以实现在不同设备之间同步邮件和管理文件夹。

P2P（Peer-to-Peer）

是一种点对点传输协议，可以实现不同设备之间的直接通信和资源共享。

IM（Instant Messaging）

是一种即时通讯协议，可以实现不同设备之间的即时消息传输和聊天。

这些网络协议软件可以帮助计算机之间进行通信和数据传输，实现不同设备之间的数据共享和交流。

2.1.4 网络管理软件

网络管理软件是一种能够完成网络管理功能的网络管理系统，可以帮助网络管理员对网络进行监控、管理和维护。
常见的网络管理软件有以下几种：

网络监控软件：可以监控网络中的设备、流量、故障等信息，帮助网络管理员及时发现和解决问题。
网络管理软件：可以管理网络中的设备、协议、配置等信息，帮助网络管理员对网络进行管理和维护。
网络诊断软件：可以对网络中的设备、连接、故障等进行诊断和测试，帮助网络管理员快速定位和解决问题。
网络工具软件：可以提供一些方便用户使用的工具，如网络计算器、时间同步器、远程控制等。

这些网络管理软件可以帮助网络管理员对网络进行监控、管理和维护，提高网络的稳定性和安全性。

2.1.5 网络应用软件

是用于帮助用户完成日常事务的软件，如网络浏览器、电子邮件客户端、即时通讯软件、网络游戏、网络视频等。

2.2 从工作方式上划分

2.2.1 边缘部分

在因特网中，边缘部分由所有连接在因特网上的主机（端系统）组成，包括台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等。

端之间进程的通信方式

1.C/S（Client/Server）

客户端向服务器发送请求，服务器接收请求并返回数据，客户端和服务器之间的通信是基于网络的，通常需要下载QQ，微信等客户端软件。C/S呈现一种服务与被服务的关系。

限制：由于资源有限，请求的人数越多，数据传输越慢。

C/S通信方式是一种典型的计算机网络架构模式，它的结构如下：

客户端：客户端向服务器发送请求，服务器接收请求并返回数据，客户端和服务器之间的通信是基于网络的。客户端需要安装相应的客户端软件，以便能够与服务器进行通信。
服务器端：服务器端需要启动一个服务，监听指定的端口，等待客户端的连接请求。当客户端发起请求时，服务器端会建立与客户端通信的socket连接，之后两端都打开两个流，建立流连接之后就可以双向通信。

在C/S通信方式中，客户端和服务器之间的通信可以使用不同的协议，例如HTTP协议、FTP协议等。这些协议都基于TCP/IP协议栈实现，通过TCP或UDP协议进行数据传输。
总之，C/S通信方式是一种基于网络的通信方式，通过客户端和服务器之间的交互实现数据的传输和共享。

2.B/S（Browser/Server）

B/S通信方式是一种基于浏览器的网络架构模式，它的结构如下：

浏览器：浏览器向服务器发送请求，服务器接收请求并返回数据，浏览器和服务器之间的通信是基于网络的。
服务器端：服务器端需要启动一个服务，监听指定的端口，等待浏览器的连接请求。当浏览器发起请求时，服务器端会建立与浏览器通信的socket连接，之后两端都打开两个流，建立流连接之后就可以双向通信。

在B/S通信方式中，浏览器和服务器之间的通信可以使用不同的协议，例如HTTP协议、HTTPS协议等。这些协议都基于TCP/IP协议栈实现，通过TCP或UDP协议进行数据传输。

总之，B/S通信方式也是一种基于网络的通信方式，通过浏览器和服务器之间的交互实现数据的传输和共享。与C/S通信方式不同的是，B/S通信方式中浏览器扮演客户端的角色，而不是使用专门的客户端软件。
浏览器向服务器发送请求，服务器接收请求并返回数据，浏览器和服务器之间的通信也是基于网络的。与C/S不同的是，B/S中浏览器不是客户端，而是服务器端。

这两种通信方式都是基于网络实现的，客户端或浏览器向服务器发送请求，服务器接收请求并返回数据，从而实现端系统之间的通信。

3.P2P（Peer-to-Peer）

P2P模式：是一种对等网络结构，其中每个节点都是对等的，可以相互通信和协作。在P2P网络中，没有中心化的服务器或控制者，所有节点都是平等的，并且可以直接与其他节点通信。P2P模式的优点在于可扩展性、可靠性高和资源利用率高。每一个端系统都同时都是是客户端和服务器。

在P2P（Peer-to-Peer）通信方式中，参与主机的数量多少并不会直接影响通信速度。因为每个节点都可以同时发送和接收数据所以参与主机的数量越多，整个网络的通信带宽¹就越大，

当更多的主机加入P2P网络时，整个网络的带宽资源可以更好地被利用。如果每个节点都能够与其他节点进行通信，那么在网络中传输数据时，就可以更快地找到传输路径，从而提高数据传输的速度和效率。

然而，需要注意的是，P2P通信方式的性能不仅受到网络中节点数量的影响，还受到其他因素的影响，如网络拓扑结构、节点之间的距离、网络延迟等。因此，在设计和优化P2P网络时，需要考虑多个因素的综合影响，以实现最佳的性能和可靠性。

2.2.2 核心部分

核心部分是由路由器、交换机、网关等设备组成的网络

这些设备通过特定的网络协议（例如IP协议、TCP协议、UDP协议等）进行数据包的路由和转发。

核心部分的主要作用是为边缘部分提供数据传输和交换的能力，同时也提供了一些额外的服务，例如网络管理、网络安全等。

2.3 功能组成划分

通信子网

实现数据通信
由各种传输介质、通信设备和相应的网络协议组成，主要功能是将计算机之间的数据从一个节点传送到另一个节点，实现联网计算机之间的数据通信（传输和交换）。

通信子网可以根据不同的传输介质和协议进行分类。
例如基于同轴电缆的以太网、基于光纤的光纤分布式数据接口（FDDI）、基于无线电波的无线局域网（WLAN）等。

资源子网

实现资源共享/数据处理
由主机、终端以及各种软件资源、信息资源组成，负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与服务。
资源子网可以根据不同的资源类型进行分类，例如文件服务器、数据库服务器、打印服务器等。

在计算机网络中，通信子网和资源子网是相互独立的，但又是密切相关的。通信子网为资源子网提供了数据传输和交换的能力，使得资源子网中的各种资源可以方便地被访问和使用。而资源子网则为通信子网提供了数据通信的目的地和资源共享的功能，使得通信子网中的数据可以传输到正确的目的地并被正确地处理。

三.计算机网络分类

3.1 按分布范围划分

广域网（WAN）

• 广域网（Wide Area Network，缩写为 WAN），又称外网、公网。
  广域网并不等同于互联网，它是连接不同地区局域网或城域网计算机通信的远程网，是计算机通信网的重要组成部分。（因特网核心部分）
• 范围：
  它覆盖的范围从几十公里到几千公里，可以连接多个地区、城市和国家，形成国际性的远程网络。
• WAN工作主要集中在第1层和第2层，数据链路层协议定义如何封装传向远程位置的数据以及最终数据帧的传输机制，如Frame Relay（帧中继）、ATM、HDLC。

技术：
使用交换技术，是一种利用公共交换电话网络(PSTN)或分组交换技术(如X.25和帧中继FR)进行连接的数据传输网络。
（使用路由器等中间设备转发送数据）
工作方式：
有电路交换和分组交换。
硬件设备：
数据通信设备和数据终端设备，如调制解调器、ATM交换机、路由器、防火墙、中继器等。

判断广域网和局域网看使用的技术，不能根据地理范围大小来确定。

城域网（MAN）

• 城域网（Metropolitan Area Network，简称MAN）是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，属宽带局域网。
• 范围：
  城域网的覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般不超过100公里。
• 传输媒介主要采用光缆，传输速率在100兆比特/秒以上。

城域网可以作为骨干网，通过它将位于同一城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来。

局域网（LAN）

• 局域网（Local Area Network，LAN）是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。也就是一个大的局域网也可以叫做内网。
• 内网（Intranet）是在一个局部的地理范围内（如一个学校、工厂和机关内），一般是方圆几千米以内，将各种计算机，外部设备和数据库等互相联接起来组成的计算机通信网。
• 局域网覆盖范围：
  一般是方圆几千米之内，其具备的安装便捷、成本节约、扩展方便等特点使其在各类办公室内运用广泛。
• 功能
  局域网可以实现文件管理、应用软件共享、打印机共享等功能

主要特点：

• 使用专门铺设的传输介质进行联网，数据传输速率高（10Mb/s～10Gb/s）
• 通信延迟时间短，可靠性较高
• 局域网可以支持多种传输介质

使用的广播技术

• 单播：一对一的传递，可以保证网络的高效、安全性。
• 多播：一对多的传递，在单播基础上，通过用户组的高速网络，提高了信息传递效率。
• 广播：对全部节点传递信息，在所有节点之间传递，会占用大量带宽，不适合在大型网络中使用。

类型：
按网络使用的传输介质分类，可分为有线网和无线网；
按网络拓扑结构分类，可分为总线型、星型、环型、树型、混合型等；
按传输介质所使用的访问控制方法分类，又可分为以太网、令牌环网、FDDI网和无线局域网等。其中，以太网是当前应用最普遍的局域网技术。

个人区域网（PAN）

• 个人区域网（Personal Area Network，PAN）是一种在便携式消费电器与通信设备之间进行短距离通信的网络，例如蓝牙连接的通信网络，个人热点等
• 覆盖范围：一般在10米半径以内。
• PAN的核心思想是用无线电或红外线代替传统的有线电缆，实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化的信息网络。

从计算机网络的角度来看，PAN是一个局域网；从电信网络的角度来看，PAN是一个接入网，因此有人把PAN称为电信网络“最后一米”的解决方案。

3.2 按使用者划分

公用网

• 公用网络是网络服务提供商建设，供公共用户使用的通信网络

特点：

• 公用网络是面向所有用户，任何人都可以上网；
• 公用网络因为面向所有用户，所以安全性较低；

专用网

• 专用网络是指网络服务提供商建设，供某一集团或组织内部使用的一种网络。
  （内网）

特点：

• 面向某一集团或组织内部，特定的用户群才能访问。
• 由于面向特定用户群，所以安全性较高。

内网和专用网的区别：

• 含义不同：内网是局域网，专用网是两个企业间的专线连接。
• 针对对象不同：内网针对的是个人用户或企业内部，专用网针对的是两个企业之间。
• 使用效果不同：内网安全性较低，专用网安全性较高。
• 范围不同：内网范围小，专用网范围大。
• 连通性不同：内网不能连通互联网，专用网能连通互联网。

3.3 按交换技术分

电路交换

• 在通信开始之前，由交换设备在通信双方之间建立一条专用的电路，全程占用通信资源，直到通信结束。

特点是：面向连接、同步时分复用、信息透明传输。

• 优点：传输时延小、效率高、不需要添加控制信息。
• 缺点：不利于传输要求较高的突发性数据业务。

报文交换

• 以报文作为传输单元，不需要提前建立电路，可随时发送报文。

特点是：采用存储转发的机制、传输时延大且时延不确定、交换机需要足够大的存储器。

• 优点：不需提前建立电路、电路利用率高。
• 缺点：时延较大。

分组交换

• 将用户的消息划分为一定长度的数据分组，然后在分组数据上加上控制信息和地址，发送到目的地址。

特点是：采用存储转发的机制、统计时分复用、具有差错控制和流量控制。

• 优点：线路利用率高、传输可靠性高。
• 缺点：实时性较差。

3.4 按拓扑结构划分

总线型

星型

环型

网状型（常用于广域网）

3.5 按传播技术划分

广播式网络

共享公共通信信道

广播式网络：在广播式网络中仅使用一条通信信道，该信道由网络上的所有结点共享。

在传输信息时，任何一个结点都可以发送数据分组，传到每台机器上，被其他所有结点接收。总线型以太网就是典型的广播式网络。

点对点网络

分组存储转发 路由选择机制

点对点网络：由许多互相连接的节点构成，在每对机器之间都有一条专用的通信信道，因此在点对点的网络中，不存在信道共享与复用的情况。当一台计算机发送数据分组后，它会根据目的地址，经过一系列的中间设备的转发，直至到达目的结点，这种传输技术称为点对点传输技术，采用这种技术的网络称为点对点网络。

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1. 带宽和传输速度属于计算机网络重要性能指标，可参见下一篇博客讲解 ↩︎