【网络奇遇记】那年我与计算机网络的浅相知

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系列专栏：网络奇遇记、数据结构
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一. 计算机网络的定义

1.1 计算机早期的一个最简单的定义

定义：一些互连的、自治的计算机的集合。

• “互连” 是指计算机之间可以进行数据通信；
• “自治” 是指独立的计算机，它有自己的软硬件，可以独立运行。

1.2 现阶段计算机网络的一个较好的定义

定义：计算机网络主要是由一些通用的、可编程的硬件互连而成的，而这些硬件并非专门用来实现某一特定目的。这些可编程的硬件能够用来传送多种不同类型的数据，并能支持广泛的和日益增长的应用。

• “可编程的硬件” 不限于计算机，还包括智能手机、具有网络功能的传感器以及智能家电等智能硬件，这些硬件一定包含有中央处理单元（CPU）；
• “各类应用” 计算机网络并非只用来传送数据，而是能够基于数据传送进而实现各种各样的应用，包括今后可能出现各种应用。

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二. 计算机网络的分类

计算机网络有多种类别，下面从不同角度对计算机网络进行分类。

2.1 按网络的覆盖范围分类

（1）广域网（WAN）：覆盖范围通常为几十千米到几千千米。广域网是因特网的核心部分，它为因特网核心路由器提供远距离高速连接，互连分布在不同国家和地区的城域网和局域网。

（2）城域网（MAN）：覆盖范围一般为 5 ~ 50km。城域网通常作为城市骨干网，互连大量机构、企业及校园局域网。

（3）局域网（LAN）：覆盖范围一般为 1km。局域网通常由微型计算机或工作站通过速率为 10Mb/s 以上的高速链路相连。一个企业或一个学校可能就会有多个互连得局域网，这样的网络常称为校园网或企业网。

（4）个域网（PAN）：个域网是个人区域网的简称，其覆盖范围一般为 10m。个域网主要用于个人工作的地方，它把属于个人使用的笔记本电脑、耳机等电子设备用Wi-Fi或蓝牙等无线技术连接起来，因此也常称为无线个域网（WPAN）。

2.2 按网络的使用者分类

（1）公用网：通常是由电信公司出资建造的大型网络。公众只要按照电信公司的规定缴纳费用就可以使用这种网络。

（2）专用网：通常是由某个部门为满足本单位特殊业务的需要而建造的网络，例如银行、电力、铁路、军队等部门的专用网。这种网络不向本单位以外的人提供服务。

2.3 按其他角度分类

除上述两种分类角度外，计算机网络还有很多分类角度。

• 按传输介质分类：有线网和无线网；
• 按网络拓扑分类：总线型、星型、环型、网状型；
• 按交换方式分类：电路交换、报文交换、分组交换；
• 按传输技术分类：点对点、广播……

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三. 计算机网络体系结构中的专用术语

     上一节我们已经学习了计算机网络的体系结构，今天我们在来介绍一下计算机网络体系结构中的一些术语，以便大家对计算机网络的体系结构有更深入的理解。

     需要注意的是，这些专用术语来源于OSI的七层体系结构，但也适用于TCP/IP的四层体系结构和五层原理体系结构。我们将这些专用术语中最具代表性的三个作为分类名称，它们分别是实体、协议、以及服务。

3.1 实体与对等实体

     实体的定义：是指任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。如下图所示，通信双方五层原理体系结构的各层中，我们用标有字母的方格表示实体。
     对等实体的定义：是指通信双方相同层次中的实体。如下图所示，实体A与实体F互为对等实体，实体B与实体G互为对等实体，实体C与实体H互为对等实体，实体D与实体I互为对等实体，实体E与实体J互为对等实体。

3.2 协议

3.2.1 协议的定义

协议的定义：是控制两个对等实体在“水平方向”进行“逻辑通信”的规则集合。如下图所示：

• 物理层对等实体使用物理层协议进行逻辑通信，例如传统的以太网使用曼切斯特编码；
• 数据链路层对等实体使用数据链路层协议进行逻辑通信，例如传统以太网使用CSMA/CD协议；
• 网络层对等实体使用网络层协议进行逻辑通信，例如IP协议；
• 运输层对等实体使用运输层协议进行逻辑通信，例如TCP协议或UDP协议；
• 应用层对等实体使用应用层协议进行逻辑通信，例如HTTP协议，FTP协议以及SMTP协议等。

3.2.2 协议的三要素

计算机网络协议有三个要素，它们分别是语法、语义以及同步。
（1）语法：定义通信双发所交换的信息格式；
（2）语义：定义通信双发所要完成的操作；
（3）同步：定义通信双发的时序关系。

3.3 服务

     在协议的控制下，两个对等实体在水平方向的逻辑通信使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层协议，还需要使用下面一层所提供的服务。如下图所示：
需要注意的是：
    协议是“水平的”，而服务是“垂直的”。实体能够看到下层提供的服务，但并不知道实现该服务的具体协议。这就好比我们能看到手机给我们提供的各种服务，但我们只是享受这些服务，而没有必要每个人都弄懂手机的工作原理。

    在同一系统中相邻两层的实体交换信息的逻辑接口称为服务访问点。服务访问点用于区分不同的服务类型。例如，数据链路层的服务访问点为帧的 “类型” 字段，网络层的服务访问点为IP数据报的 “协议” 字段，运输层的服务访问点为 “端口号” 字段。上层要使用下层所提供的服务，必须通过与下层交换一些命令，这些命令称为服务原语。

拓展：
对等层次之间传送的数据包称为该层的协议数据单元(PDU)。 例如：

• 物理层对等实体间逻辑通信的数据包称为比特流；
• 数据链路层对等实体间逻辑通信的数据包称为帧；
• 网络层对等实体间逻辑通信的数据包称为分组，如果使用IP协议，也称为IP数据报；
• 运输层对等实体间逻辑通信的数据包一般根据协议而定，若使用TCP协议，则称为TCP报文段，若使用UDP协议，则称为UDP用户数据报；
• 应用层对等实体间逻辑通信的数据包一般称为应用报文；

上述各层数据包统称为协议数据单元（PDU）。
同一系统内层与层之间交换的数据包称为服务数据单元(SDU)，多个SDU可以合成为一个PDU，而一个SDU也可以划分为几个PDU。

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全文总结

本文主要讲解：
    本文主要深入讲解了计算机网络的定义、各种分类，并对计算机网络体系结构中的专用术语进行了简单介绍。

    今天的干货分享到这里就结束啦！如果觉得文章还可以的话，希望能给个三连支持一下，聆风吟的主页还有很多有趣的文章，欢迎小伙伴们前去点评，您的支持就是作者前进的最大动力！