計算機網路：網際網路概述
網際網路
21 世紀是一個以網路為核心的資訊時代，時代特徵是數字化、網路化和資訊化，其中要實現資訊化就必須依靠完善的網路，因為網路可以非常迅速地傳遞資訊。網路現在已經成為資訊社會的命脈和發展知識經濟的重要基礎，對社會生活的很多方面以及對社會經濟的發展已經產生了不可估量的影響。按照提供的服務來說有三大類網路：電信網路向用戶提供電話、電報及傳真等服務，有線電視網路向用戶傳送各種電視節目，計算機網路則使使用者能夠在計算機之間傳送資料檔案。這三種網路在資訊化過程中都起到十分重要的作用，但其中發展最快的並起到核心作用的則是計算機網路。
計算機網路最典型也是最成功的例子就是網際網路(Internet)
- 連通性：網際網路中的使用者終端看上去是彼此連通的；
- 資源共享：這包括資訊共享、軟體共享和硬體共享，例如使用網際網路訪問各種圖片、音視訊之類的。
計算機網路
網路的網路
計算機網路由若干結點和連線這些結點的鏈路組成，網路中的結點可以是計算機、集線器、交換機或路由器等。
網路之間還可以通過路由器互連起來，構成更大的計算機網路稱為互連網，互連網也被稱為是“網路的網路”(network of networks)。
習慣上與網路相連的計算機常稱為主機
許多網路通過路由器連線在一起，與網路相連的計算機常稱為主機。
網際網路的組成
網際網路可以分為 2 個部分：
- 邊緣部分：由所有連線在網際網路上的主機組成，使用者通過邊緣部分進行通訊和資源共享；
- 核心部分：由大量網路和連線這些網路的路由器組成，這部分是為邊緣部分提供連通性和交換。
邊緣部分是連線在網際網路上的所有的主機，又稱為端系統(end system)，“端”就是“末端”的意思(即網際網路的末端)。
網際網路的發展
網際網路的基礎結構大體上經歷了三個階段的演進。
單個網路
1969 年美國國防部建立的第一個分組交換網 ARPANET 最初只是一個單個的分組交換網，所有要連線在 ARPANET 上的主機都直接與就近的結點交換機相連。到了 20 世紀 70 年代中期，人們認識到不可能僅使用一個單獨的網路來滿足所有的通訊問題。於是 ARPA 開始研究多種網路(如分組無線電網路)互連的技術，這就導致了互連網路的出現。
三級結構
第二階段的特點是建成了三級結構的網際網路，這個網路分為主幹網、地區網和校園網(或企業網)。這種三級計算機網路覆蓋了全美國主要的大學和研究所，並且成為網際網路中的主要組成部分。
多層次 ISP 結構
目前網咯是多層次 ISP 結構的網際網路，也就是說網路由網際網路服務提供者 ISP (Internet Service Provider)來提供。在許多情況下 ISP 就是一個進行商業活動的公司，例如中國電信、中國聯通和中國移動等公司。ISP 可以從網際網路管理機構申請到 IP 地址，同時擁有通訊線路以及路由器等連網裝置，機構和個人只要某個 ISP 交錢後就可以連線上網路。
根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的 IP 地址數目的不同，ISP 分為 3 個不同層次。
| ISP 層次 | 說明 |
|---|---|
| 主幹 ISP | 由幾個專門的公司建立和維持，服務面積最大(一般都能夠覆蓋國家範圍)，並且還擁有高速主幹網 |
| 地區 ISP | 通過一個或多個主幹 ISP 連線起來 |
| 本地 ISP | 給使用者提供直接的服務 |
端系統通訊
處在網際網路邊緣的部分就是連線在網際網路上的所有的主機，這些主機進行通訊和資源共享的方式有客戶-伺服器方式和 P2P 方式。
客戶-伺服器方式
“主機 A 和主機 B 進行通訊”，實際上是指：“主機 A 的某個程序和主機 B 上的另一個程序進行通訊”。大部分網路應用程式在編寫時都假設一端是客戶，另一端是伺服器，其目的是為了讓伺服器為客戶提供一些特定的服務。可以將這種服務分為兩種型別：重複型或併發型。
重複型伺服器通過以下步驟進行互動：
- 等待一個客戶請求的到來。
- 處理客戶請求。
- 傳送響應給傳送請求的客戶。
- 返回第 1 步。
併發型伺服器採用以下步驟：
- 等待一個客戶請求的到來。
- 啟動一個新的伺服器來處理這個客戶的請求。在這期間可能生成一個新的程序、任務或執行緒，並依賴底層作業系統的支援。這個步驟如何進行取決於作業系統。生成的新伺服器對客戶的全部請求進行處理。處理結束後，終止這個新伺服器。
- 返回第 1 步。
併發伺服器的優點在於，它是利用生成其他伺服器的方法來處理客戶的請求，也就是說每個客戶都有它自己對應的伺服器。如果作業系統允許多工，那麼就可以同時為多個客戶服務。對伺服器而不是對客戶進行分類的原因，是因為對於一個客戶來說，它通常並不能夠辨別自己是與一個重複型伺服器或併發型伺服器進行對話。
P2P 模式
若兩臺主機在通訊時不區分哪一個是服務請求方哪一個是服務提供方，只要兩臺主機都運行了對等連線軟體就可以進行平等的、對等連線通訊，這種工作方式也稱為 P2P 方式。
路由器分組交換
路由器是實現分組交換 (packet switching) 的關鍵構件，其任務是轉發收到的分組，這是網路核心部分最重要的功能。
電路交換
電話之間的互通是通過電路交換，每一部電話都直接連線到交換機上，而交換機使用交換的方法。“交換”的含義就是轉接，也就是把一條電話線轉接到另一條電話線，使它們連通起來。電路交換分為三個階段：
- 建立連線：建立一條專用的物理通路供雙方通話使用；
- 通訊：呼叫和被呼叫雙方互相通電話；
- 釋放連線：釋放剛才使用的這條專用的物理通路。
在通話的全部時間內，通話的兩個使用者始終佔用端到端的通訊資源。電路交換的傳輸效率往往很低，這是因為計算機資料是突發式地進行傳輸，線路上真正用來傳送資料的時間很少，這就導致了分配的資源在大部分情況下是空閒的。
分組交換
通常把要傳送的整塊資料稱為一個報文，在傳送報文之前先把較長的報文劃分成為一個個更小的等長資料段，在每一個數據段前面加上一些由必要的控制資訊後構成了一個分組(packet)。路由器是用來轉發分組的，路由器收到一個分組，先暫時儲存並檢查其首部，按照首部中的目的地址找到合適的介面轉發出去，把分組交給下一個路由器。這樣一步一步地以儲存轉發的方式，把分組交付最終的目的主機。
分組交換有如下 4 個優點：
- 高效：動態分配傳輸頻寬，對通訊鏈路是逐段佔用；
- 靈活：為每一個分組獨立地選擇最合適的轉發路由；
- 迅速：不先建立連線就能向其他主機發送分組；
- 可靠：可以實現分散式多路由的分組交換網。
參考資料
《計算機網路(第七版)》 謝希仁 著，電子工業出版社