大学计算机基础--5

1 基本概念

天啊，这些东西太抽象了，发明这些东西的人太厉害了

1.1 计算机网络的定义

计算机网络是利用通信线路和通信设备，把把分布在不同地理位置的具有独立处理功能的若干台计算机按一定的控制系统和连接方式互相连接在一起，并在网络软件的支持下实现数据通信和资源共享的计算机系统。

（1）计算机网络的主体是计算机，要组成网络至少要有两台计算机进行互连；

（2）网络中计算机称为主机（Host），也称网络节点。

（3）网络节点可以是计算机的外部设备，也可以是其他通信设备（交换机、路由器等）。

（4）网络中各节点之间的连接需要有一条由传输介质实现物理互连的通道，这条通道可以是有线介质，也可以是无线介质（电缆、光纤、微波、红外等无线传输介质）。

（5）网络中各节点之间互相通信或交换信息，需要某些规定和规则，这些约定和规则的集合就是网络协议。

（6）计算机网络以实现数据通信和网络资源共享为目的，要实现这一目的，网络中需配备功能完善的网络软件（包括网络通信协议和网络操作系统等）。

计算机网络是通信技术和计算机技术相结合的产物，通信技术为计算机之间的数据传输和交换提供了必要的手段，而计算机的数字技术又提高了通信技术的性能。

1.2 网络计算

Internet上汇集了大量的数据、软件和计算资源，各种数字化设备和控制系统共同构成了生产、传播和使用知识的重要载体。

信息处理已步入了网络计算的时代，目前网络计算还处于发展阶段。

网络计算有四种典型的形式：

企业计算；

网络计算；

对等计算（Peer-to-Peer Computation，P2P）；

普适计算。

其中P2P与分布式已成为当今计算机网络发展的量大主流。

通过分布式，将分布在世界各地的计算机联系起来；

通过P2P又使通过分布式联系起来的计算机可以方便地互相访问，这样就充分利用了所有的计算机资源。

注：

对等网络：网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源（处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等），这些共享资源通过网络提供服务和内容，能被其它对等节点（Peer）直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源、服务和内容的提供者（Server），又是资源、服务和内容的获取者（Client）。

在P2P网络环境中，彼此连接的多台计算机之间都处于对等的地位，各台计算机有相同的功能，无主从之分，一台计算机既可作为服务器，设定共享资源供网络中其他计算机所使用，又可以作为工作站，整个网络一般来说不依赖专用的集中服务器，也没有专用的工作站。网络中的每一台计算机既能充当网络服务的请求者，又对其它计算机的请求做出响应，提供资源、服务和内容。通常这些资源和服务包括：信息的共享和交换、计算资源（如CPU计算能力共享）、存储共享（如缓存和磁盘空间的使用）、网络共享、打印机共享等。

摘自：百度百科-对等网络

https://baike.baidu.com/item/%E5%AF%B9%E7%AD%89%E7%BD%91%E7%BB%9C/5482934?fromtitle=p2p&fromid=139810

1.3 三网融合与物联网

三网融合：三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中，三大网络通过技术改造，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通、资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。

三合并不意味着三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。

三网融合应用广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居等多个领域。

以后的手机可以看电视、上网，电视可以打电话、上网，电脑也可以打电话、看电视。三者之间相互交叉，形成你中有我、我中有你的格局。

物联网：

物联网就是物物相连的互联网。

这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；

其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。

物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

物联网代表了未来网络发展的趋势。

2 网络协议

在网络系统中，为了保证通信设备之间能正确地进行通信，必须使用一种双方都能够理解的语言，这种语言被称为“协议”。

任何一个网络协议至少包括三部分：

语法（如何讲）；

语义（讲什么）；

时序（讲话次序）。

网络协议通常分为多个层次，每层次有一个或多个协议，接收方和发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息。

按功能划分，每层完成一定的功能，并且只与相邻的上下两层直接通信，每一层都建立在它的下层之上，同时每一层利用下一层的服务传输信息。

常见的协议有：TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议三种。

2.1 OSI参考模型

国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放系统互联参考模型”，即著名的OSI/RM模型（Open System Interconnection/Reference Model）。

它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，

自上而下依次为：

应用层（Application Layer）

表示层（Presentation Layer）

会话层（Session Layer）

传输层（Transport Layer）

网络层（Network Layer）

数据链路层（Data Link Layer）

物理层（Physics Layer）

(1)物理层

物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。

它主要关心的是通过物理链路从一个节点向另一个节点传送比特流，物理链路可能是铜线、卫星、微波或其他的通讯媒介。

它关心的问题有：多少伏电压代表1？多少伏电压代表0？时钟速率是多少？采用全双工还是半双工传输？总的来说物理层关心的是链路的机械、电气、功能和规程特性。

(2)数据链路层

数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。

数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。

该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。

此外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。

(3)网络层

网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。

该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。

当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。

(4)传输层

传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。

传输层传送的协议数据单元称为段或报文。

(5)会话层

会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。

例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。

(6)表示层

表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。

如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。

(7)应用层

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。

数据发送时，从最上层传到最下层。接收数据则相反。

上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。除了物理层之外其他层都是用软件实现的。

2.2 TCP/IP 体系结构

TCP/IP体系结构中将网络划分为4层，分别是：

应用层

传输层

网络层

网络接口层

TCP/IP协议包括了100多个不同功能的协议，是互联网的公共协议，也是目前最流行的网络协议。

TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的，所以只能用于端到端的通讯。

IP层接收由更低层（网络接口层例如以太网设备驱动程序）发来的数据包，并把该数据包发送到更高层—TCP或UDP层，也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。

IP地址

IP是TCP/IP的一个核心概念，IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。

子网

IP地址是以网络号和主机号来表示网络上的主机的，只有在一个网络号下的计算机之间才能“直接”互通，不同网络号的计算机要通过网关（Gateway）才能互通。但这样的划分在某些情况下显得并不十分灵活。为此IP网络还允许划分成更小的网络，称为子网（Subnet）。

子网掩码

子网掩码的作用就是用来判断任意两个IP地址是否属于同一子网络，只有在同一子网的计算机才能”直接”互通。