网络世界漫步——绪论（1）

roobtyan

发布于 2019-02-21 15:41:20

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发布于 2019-02-21 15:41:20

计算机网络

欢迎步入计算机网络的世界。毋庸置疑，如今人们的衣食住行，以及生活的方方面面，已经完全离不开互联网络了，我们很难想象没有网络的世界会发生什么状况。在接下来一系列的文章中，我会和大家共同学习计算机网络、共同探索计算机网络的神奇世界。在这一讲中，我将讲述计算机网络世界的概貌，让大家先对计算机网络有一个宏观上的认知。接着我将从硬件的角度介绍计算机网络的组成，最后，我将介绍网络的两种分层模型,其中的五层模型将带领着我们学习后续的知识。

什么是计算机网络？

网络这个词我们并不陌生，从计算机网络到移动互联网、再从物联网到车联网（车联网其实也是物联网的一部分），它渗透到了我们生活的方方面。但是，如果要让你给网络下一个定义，又该如何呢？提起计算机网络，在你脑海中第一时间想到的肯定是“internet——因特网”，但是需要注意的是，**因特网仅仅是网络世界的一部分，只是因特网已经成为了世界上影响力最大的网络，从某种意义上讲，因特网就是网络的代名词。**所以现在我们研究计算机网络，实际上就是在研究因特网。先来看一张图片：

上面的这张图片就是整个因特网的图例，从图中我们能够看到这样的几个部分：

主机或端系统所谓的“主机或者端系统”，就是存在于这张图端点的东西，如手机、车载计算机、笔记本电脑等这些玩意。
通信链路通信链路就是图中的一条条线，也就是平时我们说的以太网线、光纤等物理链路。
分组交换机分组交换机包括交换机和路由器，实际上，这个东西就是用来转发我们与计算机网络中其他主机之间交换的数据的。至于它是如何转发、转发的原理等内容，后面会详细介绍。
ISP ISP又叫做因特网服务提供商，说白了就是给我们提供网络的公司或者机构，就如联通、电信、移动（移动的网真难用）这三大运营商提供的网络。ISP是由诸多分组交换机和通信链路组成的，各种端系统接入ISP，而这些ISP之间又相互连接，最终构成一个庞大的ISP网络。

下面我们来描述一下数据在计算机网络中的流动过程。假设你正在使用手机访问某个网站，那么你的手机（端系统）就是起点，要访问网站的服务器（端系统）就是终点。我们知道，在请求的过程中，浏览器会发送请求报文到对方服务器，我们暂且不看详细的过程，我们只需要了解这个请求报文究竟是如何在物理层面到达对方服务器的。首先，你的请求报文中会标注对方服务器的IP地址，这点很重要。请求报文经过基站（网络运营商提供网络的东西，如4G基站）到达交换机或者路由器，分组交换机或者路由器会根据IP地址将数据通过通信链路转发到下一个路由设备（期间可能会经过多个路由设备），接着可能会到达ISP，然后再次经过通信链路，转发到下一个路由设备，最终到达对方服务器。然后服务器回复的响应报文经过同样的过程，最终到达你的手机，这样你就和对方的服务器完成了一次交互。**很多这样的过程组合成我们今天所见的因特网。**在整个过程中，起到至关重要作用的东西就是协议（端系统分组交换机和其他因特网部件运行一些协议），对于协议最简单的描述就是“对于数据发送和接收时采用的一系列约定俗称的动作”，高大上一点的说法就是“一个协议定义了在两个或多个通信实体之间交换的报文格式和次序，以及报文发送和接收一条报文或其他事件采取的动作。规定了所有信息发送和接受的过程。”，此处不过多解释。

网络边缘和网络核心

网络边缘和网络核心是两个相当重要的概念。网络边缘，顾名思义，就是计算机网络外围组成部分。“外围”这个词很好理解，其中就包括了我们之前说的主机和端系统。在端系统之后，就是接入网。先来回想一下，我们平时是如何上网的，如果是手机，那一般就是4G网和WIFI；如果是电脑，有可能是宽带拨号，还有可能是以太网和WIFI。实际上，接入网就是我们上网的方式。这个没啥好讲的，感兴趣的可以查阅相关资料。当然，接入网后面还有通信链路的的接入，简单的讲就是网线，网线同样分成了几种，大家可以自行查看。 最重要的还是网络核心。既然都是“核心”了，你说能不重要吗。网络核心的组成同样相当简单——中继路由设备。说到中继路由设备，那就不得不提到中继路由设备的作用：路由和转发。路由就是确定数据从源到目的地的传输路径，而转发就是如何正确的、无差错的将分组转发到目的地。路由功能中最为重要的就是“路由表”，这个表直接规定了数据的流动方向，至于为啥会这样，后面会介绍，这里先做个了解。前文我们说过分组交换，你有没有想过它为啥叫做分组交换机呢？下面就带你了解一下：

数据交换

我们想象一下，如果在因特网中有n个设备，我们如何才能做到让这n个设备之间互联呢？最直接的办法就是让这n个设备两两之间使用数据线相连接，但是这样做太傻了，为啥，需要n^2条数据线先不说，就说你一个设备可以有10个接口，但是如果因特网中存在10000+个设备，难道还要做100000+个接口吗？肯定是不行的，一来成本高，二来技术难度大。那么我们就想到了分组交换，这样能够保证连通性和网络规模。 什么是交换呢？有两点，一是动态转接，将一个端口的数据转移到另外一个端口，而是动态分配传输资源（网线）。动态转接不用说，大家能够明白。所以下面我们就来讲一下“动态分配传输资源”。

动态分配传输资源

动态分配传输资源的方法共有三种，每种用到的技术各不相同。

电路交换

电路交换的代表就是电话线（别忘了我们一开始用的就是ADSL电话线拨号上网）。电路交换有三个阶段，分别是建立连接、进行通信、使用完资源后释放资源。电路交换最不好的一点就是资源独占，在进行通信的过程中，第三方完全不能使用电路资源。这一点就非常恶心人了。

报文交换

报文交换是把整个报文一次性转发到下一个节点。这种的缺点更加明显——慢（和分组交换比较）。在《计算机网络：自顶向下方法》一书中，有一个非常明显的对比，大家可以看看。

分组交换

分组交换是一种统计的多路复用，按照不同用户对于资源的需求分配占用比率。从这高大上的词语中就能够感受到，这种方式是最为智能、高效的。那你肯定对多路复用技术又有了疑问，多路复用技术就是将通讯资源分成资源片，然后分给呼叫资源片，这样资源片就有可能被闲置，就能够同时对多个用户提供资源了。 多路复用技术也有四种，简单了解一下就行，分别是频分复用（按照通讯频率划分，如闭路）、时分多路复用（时间段）、波分复用（按照光的频率划分，光纤）、码分复用（给每个用户分配码片序列，频率相同，如蜂窝移动网）。分组交换技术在计算机网络中是应用最为广泛的。所以，这下你能够理解分组交换机名字的由来了吧。