1.1 計算機網絡的概念

首先來看什么是計算機網絡,關于計算機網絡的定義并沒有一個統一的標準,不同的教材有
不同的說法(這是王道書對于計算機網絡的定義),我們可以結合自己的生活經驗去體會這個
定義。

可以用不同類型的設備去連接計算機網絡比如手機,筆記本電腦或者臺式機,現在還有智能手表、智能電視這些都可以連接計算機網絡。無論是智能手表、智能電視還是手機,它們都屬于計算機系統,不同的設備連接計算機網絡的方式也各不相同,筆記本電腦可以通過 wifi 連接這個路由器從而接入計算機網絡,臺式機可以通過網線連接這個路由器從而接入網絡,另外平時在外面使用手機都是通過5G通信的技術去連接5G基站,從而接入計算機網絡。在這些電腦和手機當中我們會安裝一些方便易用的軟件,比如說百度網盤或者微信,我們可以用百度網盤去共享一些資源以及可以用微信這樣的軟件去聊天去傳文件等等。

計算機網絡是一個將眾多分散的資源,自治的計算機系統通過通信設備和線路連接起來由功能完善的軟件,實現資源共享和信息傳遞的系統。首先連接計算機網絡的手機、筆記本電腦、臺式機這些計算機系統都是分散的,同時也是自治的。自治是什么意思?就是說如果其中一臺設備壞掉,并不會影響另外一臺設備的運行,所以這些計算機系統是相互獨立的,是自治的。這些計算機系統和通信設備進行連接。家用路由器是一種通信設備,5G基站也是一種通信設備,并且連接的方式有很多,可能是通過 wifi 、5G這種無線的線路進行連接也有可能是通過網線這種有線的線路進行連接,這樣的話就構成了一個計算機網絡,通過計算機網絡我們可以實現資源共享和信息傳遞,
那這就是王道書對計算機網絡的定義。

接下來我們要區分幾個術語:計算機網絡、互連網和互聯網。接下會展開探討。首先先讓大家猜幾個問題,下面這幾句話當中提到的網指的是計算機網絡還是互連網還是互聯網。

首先我們來看計算機網絡描述的范疇是什么?

計算機網絡由若干個節點和連接這些節點的鏈路組成。不知道大家有沒有玩過一些局域網聯機對戰的游戲,比如說紅警帝國時代、極品飛車還有我的世界等等,很多游戲都支持局域網聯機。以前大學的時候我和我的舍友想要聯機打帝國時代這個游戲,我和他分別有一臺電腦當時我們用一根網線,分別接到他的電腦和我的電腦上,通過這根網線我和我的舍友兩臺計算機就組成了一個最簡單的計算機網絡,在我和他搭建的這個計算機網絡當中只有兩個節點分別就是兩臺計算機,這兩個結點當中也只有一條鏈路是用網線構建的。

當時我們宿舍每天晚上十點斷網但是斷網之后我和他還可以快樂的打游戲,這讓其他的舍友非常羨慕,于是,其他的舍友也想要加入我們呃在斷網之后和我們一起聯機打游戲,但此時問題發生了,每一臺筆記本電腦只有一個網線的插口,如果多臺電腦想要聯機怎么辦呢?我們可以買一個集線器。

集線器長這個樣子。可以看到它有很多網線的插口,我們可以用四條網線把四臺電腦連接到同一個集線器上,這樣我們就把多個節點連接了起來,從而組成了一個計算機網絡,在這個小型的計算機網絡當中總共有五個節點,分別是四臺電腦以及一個集線器,有四條有線鏈路都是用網線來搭建的。有了集線器我們四個舍友就可以一起聯機打游戲了,后來我們發現用集線器組建的這個網絡在打游戲的時候經常容易出現卡頓的情況,原因是集線器不能避免數據沖突的情況。什么意思呢?如果說這兩臺電腦同時在往集線器這邊發送數據,那么他倆的數據發送就會出現數據沖突的情況,最后就導致這臺電腦的數據也發不出去,另一臺電腦的數據也發不出去。所以集線器這種網絡設備通常不太好用,現在大家在網上搜集線器基本上已經買不到了。集線器這種網絡設備的具體原理我們會在第二章展開學習,現在我們只需要知道通過集線器可以組建一個簡單的計算機網絡,但是集線器這種設備現在用的很少,它的效率不高。現在如果要搭建一個計算機網絡的話通常不用集線器而是會采用交換機這種網絡設備。

交換機的長相和集線器很像。這是一個交換機,它的背面也有幾個網口,于是幾臺電腦都可以通過網線接入這個交換機,和集線器類似,交換機這種設備也可以把多個節點連接起來組成一個計算機網絡,并且交換機這種設備并不會發生數據沖突。也就是說兩臺電腦同時發送數據,他們的這個數據不會打架都可以成功的發出去。關于交換機的具體原理我們還會在第三章詳細學習。

通常來說現在一個家庭、一個公司或者一個學校要組建內部網絡都會用到交換機,一個交換機還可以連接另一個交換機,如果要構建一個比較大的內部網絡,比如說要構建一個校園網,那么在這個校園網的內部,可能就會使用到很多很多臺交換機。并且會需要一些高性能的交換機。這兒先不展開,總之無論是集線器還是交換機都可以用于構建一個計算機網絡。計算機網絡我們通常會用一個云朵來表示。通過集線器交換機這些設備可以構建一個計算機網絡,不同的計算機網絡之間又怎么實現互聯互通呢?這就需要使用到另一個設備叫做路由器,通過路由器可以把兩個或者多個計算機網絡互相連接起來,這樣就形成了更大規模的計算機網絡。我們可以把這樣的一個大型的計算機網絡稱為互連網。因為它是通過路由器把多個計算機網絡互相連接起來而形成的一個更大的網絡,當然路由器還可以連接別的路由器,從而再連接更多的計算機網絡這樣就可以讓這個互連網的規模不斷的擴大,關于路由器的具體原理我們會在第四章進行學習。

通過路由器可以把多個計算機網絡互相連接起來,給大家舉個例子有一些銀行的內部網絡就是典型的互聯網。比如說某個大型銀行的內部網絡它可能長這個樣子。

假設這個銀行它有一個總行和四個分行每一個分行都是一個相互獨立的計算機網絡,另外這個銀行的總部,也就是總行那兒會有一個數據中心,這些分行通過路由器和總部的這個數據中心都可以互聯互通。假設一位客戶在A分行存了一千塊錢,那么存錢的這個信息就可以通過路由器逐層的傳到總行的數據中心,這樣他的賬戶余額就增加了一千。下一次即便客戶在D這個分行去取錢的話,他的賬戶余額也可以從總行的數據中心進行查詢。可以看到這個銀行的內部網絡是通過路由器把它們相互連接起來的。

這就是一個典型的互聯網,像銀行這種機構它的內部數據都是非常敏感的都是直接和錢掛鉤,所以為了保證銀行內部數據的安全性,通常來說他們會構建一個專屬于自己的內部網絡。你從你的家里是無法去訪問他們的內部網絡的,因為你家連接的那個網絡和銀行內部的這個網絡并沒有實現互聯互通。

跟大家說明一下在計算機網絡這門課程當中我們提到的路由器,和你的家用路由器是有一些區別的。

你的家用路由器其實是路由器和交換機以及其他功能的一個集合,為了簡化理解我們可以把家用路由器看作是交換機和路由器這兩種設備的結合,交換機的作用剛才我們已經說過了它可以構建一個內部的網絡,比如你的智能電視還有你的電腦可以通過網線去連接你的家用路由器。邏輯上我們可以把它理解為是連接到了這個交換機上面。另外你的手機也可以通過 wifi 這種無線連接的方式把它連到交換機上,這些設備連接了同一個交換機所以這些設備就組成了一個最簡單的計算機網絡。也就是你家庭內部的網絡。現在你的家用路由器它還有一個路由器的功能,剛剛我們說過路由器可以把你家庭內部的網絡和其他的網絡進行連接,那把你家的網絡和外面的網絡連接起來之后你家的這些設備就可以上網了,路由器的后面,你的家庭里這些設備它們共處于一個網絡。而路由器的外面又是另一個網絡,如果大家用過電視投屏的功能你應該知道,使用這個功能的前提條件是手機和電視要連接到同一個網絡當中,現在我們知道了當我們把手機和電視同時連上家里的路由器之后,這就相當于他們倆連接了同一個交換機,也就是說它們倆就處于同一個網絡之下。這樣我們就可以使用電視投屏的功能,現在大家可以結合家用路由器的這個例子再來感受路由器和交換機它們的一個作用。

交換機可以把多個節點連接起來組成一個計算機網絡,這是交換機的功能。路由器的功能是可以把兩個或者多個計算機網絡互相連接起來。既然路由器這種設備可以把多個計算機網絡互相連接起來,那為什么我們不能把全世界范圍內的計算機網絡,用路由器全部把它們連接起來呢?

事實上有一些公司和組織就是在干這件事情這一類的公司通常就是互聯網服務提供商,英文縮寫叫 ISP,Internet Service Provider,比如說中國電信、中國移動中國聯通。在全球范圍內有很多這樣的企業。以及還有一些國際機構他們共同構建了可以覆蓋全球范圍的互聯網,這個覆蓋全球范圍的互聯網就是所謂的英特網,現在在中文的語境當中,我們一般用互聯網聯合國的聯去特指這個因特網。這個互聯網的世界是對每一個公眾開放的,只要你交錢交網費就可以接入這個互聯網。不知道大家有沒有辦過寬帶業務,在開通寬帶的那天會看到那個師傅會把一根網線接到你家的這個路由器上,這根網線的一頭接的是你家的路由器,這根網線的另一頭最終肯定會接到這個公司的某一個商用路由器上,這樣就把你們家的內部網絡和整個互聯網連接起來了,只要你按時交網費你就可以在家里上網,所以平時我們說的上網這個動作,其實這個網指的是互聯網也就是因特網。

這地方有必要和大家解釋一下。你家的這個路由器,它接出去的這根線通常來說并不會直接連上網絡運營商的這個路由器這條線路它中間還會經過更復雜的一些連接,這么畫是為了讓大家理解起來更簡單一些。

在世界范圍的這個互聯網上,各個設備之間必須使用TCP/IP協議去進行通信,而一個自主構建的互聯網內部可以使用別的協議去進行網絡通信,怎么理解通信協議這個東西呢?

用一個例子來解釋一下,我們知道秦始皇他統一六國之后,提出了車同軌、書同文統一度量衡這樣的要求,書同文是什么意思啊,就是說在我統一之前,秦國有秦國的文字,楚國有楚國的文字,韓國有韓國的文字,這會導致一個問題,秦國的人只能給秦國的人寫信,而楚國的人也只能給楚國的人去寫信、通信。因為兩個地方的文字不一樣或者也可以說各國的這種通信協議各不相同,秦王統一天下之后他要求全天下的人都使用大秦的文字,也就是說統一了通信協議。這樣就可以保證咸陽的人和邯鄲的人都可以用統一的規則,統一的文字去相互通信。

覆蓋全世界范圍的互聯網為了確保各個節點之間可以暢通無阻的通信,它就需要規定一個所有的節點都必須遵守的一種通信協議,相比之下第二個互聯網它有可能是一個小范圍的內部網絡,比如剛才我們提到某個銀行它也許會構建一個專門供內部使用的互聯網,由于它的這個內部網絡和外面的互聯網不需要互聯互通因此它內部要怎么通信使用什么樣的通信協議這是他自己可以決定的一個事情。

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