互联网基础知识(在校总结版)

(最近翻看在学校时总结的东西，发现了这篇文章，与大家分享。)

 

本文首先介绍互联网的标准化，接着介绍互联网的分层模型，然后介绍了互联网的分类，最后对互联网的组成进行了详细的说明。

 

1.互联网的标准化

“没有规矩，不成方圆”，统一的标准对一个行业的发展起着至关重要的作用。如果一个行业缺乏标准，那么技术的发展就会处于比较混乱的状态，该行业的各大厂商就会盲目自由竞争，最终给用户带来很大的不便。标准的制定又是一个很复杂的问题，标准制定得过早或过迟都会对技术的发展产生不良的影响。

 

为了尽量避免标准制定过程中出现的问题，互联网在标准的制定上采用了面向大众的方式。所有的标准都以RFC(RequestFor Comments，意思是“请求评论”)文档的形式在网上发布，任何人都可以免费下载这些文档，任何人也可以用电子邮件随时发表对某个文档的意见或建议。RFC文档按照接收到的时间的先后顺序从小到大编上序号，大家参考时应以最新的文档为准。

 

一个叫做因特网协会(InternetSociety，ISOC)的国际性组织负责对互联网进行全面管理，其下有一个叫做因特网体系结构委员会(InternetArchitecture Board，IAB)的技术组织负责管理互联网有关协议的开发。IAB下面又设有两个工程部：因特网工程部IETF(Internet Engineering Task Force)和因特网研究部IRTF(Internet Research Task Force)，其中，IETF主要的工作是协议的开发和标准化，IRTF主要的工作是进行理论方面研究和开发一些需要长期考虑的问题。

 

制订互联网的正式标准要经过以下四个阶段：

(1)因特网草案(Internet Draft)。

(2)建议标准(Proposed Standard)。

(3)草案标准(Draft Standard)。

(4)因特网标准(Internet Standard)。

 

因特网草案的有效期只有六个月，只有到了建议标准阶段才以RFC文档的形式发表。

 

2.互联网的分层模型

作为一个彻底改变人类生活的发明，互联网必然存在特殊之处。为了让互联网能够稳定且高效地工作，在设计它的时候，前辈们富有远见地提出了“分层”的思想。“分层”即是要让复杂的问题简单化，大家各司其职，协同操作来完成一项任务。

 

在互联网的发展史上，存在着两种分层模型：国际标准化组织(ISO)制定的开放系统互连参考模型(Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM)和TCP/IP参考模型。

 

(1)OSI参考模型

OSI参考模型是一个开放式的计算机网络的层次结构模型，共分为七层。它是由ISO在1978年提出的，并在1983年成为了正式的国际标准。该模型的具体层次结构如图1所示。

图1 OSI参考模型

从图1可以看出，OSI参考模型从上到下包括了应用层、表示层、会话层、运输层、网络层、数据链路层和物理层这七个层次。下面简单地介绍一下各层的主要功能。

 

1) 应用层(application layer)：直接为用户的应用进程(进程是指正在运行的程序)提供服务，这些服务包括文件传输服务、数据库服务、电子邮件及其他网络软件服务。

2) 表示层(presentation layer)：在网络需要的格式和计算机可处理的格式之间进行数据翻译。

3) 会话层(session layer)：组织和同步不同主机上各种进程间的通信，负责在两个实体之间进行对话连接的建立和拆除。

4) 运输层(transport layer)：通过对数据单元错误、数据单元次序和流量控制等问题的处理为用户提供可靠的服务。

5) 网络层(network layer)：使用适当的方法为数据选路，建立逻辑链路进行分组传输，以实现网络互连。

6) 数据链路层(data link layer)：实现相邻节点间的可靠通信。

7) 物理层(physical layer)：定义了建立、维护和拆除物理链路所需的机械、电气、功能和规程特性，以在物理介质上传输原始的数据比特流。

 

(2)TCP/IP参考模型

TCP/IP(Transfer Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)参考模型共分为四层。该模型的具体层次结构如图2所示。

图2 TCP/IP参考模型

从图2可以看出，TCP/IP参考模型从上到下包括了应用层、运输层、网际层和网络接口层这四个层次。下面简单地介绍一下各层的主要功能。

 

1) 应用层(application layer)：向用户提供一组常用的应用程序。

2) 运输层(transport layer)：负责传输数据，并且确定数据已被送达并接收。

3) 网际层(internet layer)：负责数据的转发和路由，保证数据报到达目的主机。

4) 网络接口层(network interface layer)：负责对实际的网络媒体进行管理。

 

(3)OSI参考模型和TCP/IP参考模型的比较

从图2.1和图2.2的对比中可以看出，OSI参考模型的层次结构比TCP/IP参考模型的层次结构更全面和复杂。OSI试图追求完美，只要全世界所有的计算机网络都遵循这个统一的标准，那么所有的计算机都能够很方便地进行数据的交换。但愿望是美好的，现实是残酷的，TCP/IP已经成为了事实上的国际标准，因为它是从实践中逐渐发展起来的。现在，不仅在国际互联网Internet中，而且在局域网中也开始应用TCP/IP。

 

从OSI和TCP/IP的发展历程和结果可以看出，一个标准要想被世人所接受，仅仅依靠在技术水平上的先进性是远远不够的，还必须要考虑市场背景。

 

3.互联网的分类

互联网的分类方式有很多种，我们可以根据网络的覆盖范围、交换方式、网络拓扑结构、不同使用者等进行分类。

 

(1)不同覆盖范围的网络

根据覆盖范围的大小，我们可以将互联网分为三类：局域网LAN(Local Area Network)、城域网MAN(Metropolitan Area Network)和广域网WAN(Wide Area Network)。

 

1)局域网

局域网用于将有限范围内(如1km左右)的各种计算机、终端与外部设备连接成网。局域网按照采用的技术、应用范围和协议标准的不同可以分为共享局域网与交换局域网。现在局域网已经被广泛地使用，一个学校或企业大都拥有许多个互连的局域网。

 

2)城域网

城域网地理范围可从几十公里到上百公里，可覆盖一个城市或地区。它主要分布在一个城市内，是一种中等形式的网络。目前许多城域网采用的是以太网技术。

 

3)广域网

广域网也称为远程网，其所覆盖的地理范围从几十公里到几千公里。广域网覆盖一个国家、地区，或横跨几个洲，形成国际性的远程网络。它将分布在不同地区的计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。

 

(2)不同交换方式的网络

根据交换方式的不同，我们可以将互联网分为三类：电路交换网、报文交换网和分组交换网。

 

1)电路交换网

电路交换最早出现在电话系统中，早期的网络就是采用此方式来传输数据的。在电路交换网中，数字信号经过变换成为模拟信号后才能在线路上传输。

 

2)报文交换网

这是一种数字化网络。当通信开始时，源端发出的一个数据报文被存储在交换器里，交换器根据数据报文的目的地址选择合适的路径来发送此报文。

 

3)分组交换网

该网络采用报文传输数据，它将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为数据传输的基本单位。此种方式灵活性好且传输效率高，因此分组交换网已成为互联网的主流。

 

(3)不同拓扑结构的网络

根据拓扑结构的不同，我们可以将互联网分为五类：星型网、总线型网、树型网、环型网和网状网。

 

1)星型网

该类网络是以中央结点为中心与各结点连接而组成的，各个结点间不能直接通信，而是需要经过中央结点来进行数据的交换。

 

2)总线型网

该类网络用一条称为总线的中央主电缆，将各结点之间以线性方式连接起来。它的特点是安装比较容易，扩充或删除一个结点时不需要让网络停止工作。

 

3)树型网

该类网络是总线型结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的。其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路。它的优点是容易扩展，出现的故障也容易分离处理。

 

4)环型网

该类网络中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结点均可以请求发送信息。它特别适用于实时控制的局域网系统中。

 

5)网状网

该类网络是将多个子网或多个网络连接起来构成的。在一个子网中，集线器、中继器将多个设备连接起来，而桥接器、路由器及网关则将各个子网连接起来。

 

这五类网络的拓扑结构如图3所示。

图3 五种不同拓扑结构的网络

(4)不同使用者的网络

根据使用者的不同，我们可以将互联网分为两类：公用网(publicnetwork)和专用网(private network)。

 

1)公用网

该类网络是由电信公司出资建造的大型网络，也可被称作公众网。

 

2)专用网

该类网络是由某个单位为了自己的特殊业务工作的需要而建造的网络，它不向本单位以外的人提供服务。

 

4.互联网的组成

互联网在地理上覆盖了全球，其结构是非常复杂的。但是，从其工作方式上来看，互联网由两大部分组成：核心部分和边缘部分。

 

(1)核心部分

该部分由大量的网络和连接这些网络的路由器组成，负责网络数据传输和转发等通信处理任务。

 

路由器是互联网核心部分的一个重要组成部分，它是一种专用计算机，负责转发收到的数据分组包，这也是网络核心部分的最重要的功能。

 

(2)边缘部分

该部分由所有连接在互联网上的主机和终端组成。用户直接使用这些主机和终端进行通信和资源共享。

 

在该部分中用户之间的通信分为两大类：客户/服务器(C/S)方式和对等(P2P)方式。

 

C/S方式描述的是用户之间服务和被服务的关系，其中，客户是服务请求方，服务器是服务提供方。

 

P2P方式描述的是两个用户在通信时并不区分哪一个是服务请求方或服务提供方。只要在两个用户的主机上都运行了对等连接的软件，那么它们就可以进行平等的连接通信。