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如何理解计算机在现代网络的作用 计算机网络在信息时代作用是什么

计算机在当代社会中的地位,简述计算机在当今社会的应用领域,谈谈计算机网络在生活中的应用,计算机在网络中所处地位

本系列文章为湖南科技大学高军老师的计算机网络微课堂学习笔记

计算机网络已由一种通信基础设施发展成为一种重要的信息服务基础设施。计算机网络已经像水、电、煤气这些基础设施一样，成为我们生活中不可或缺的一部分。

相关数据

我们可以在中国互联网络信息中心(CHINA INTERNETNETWORK INFORMATION CENTER,CNNIC)(链接为CNNIC)找到中国互联网发展报告 从报告中可以看到截至 2021年12月，我国网民规模为10.32亿，互联网普及率达73.0% 我国手机网民规模为10.29亿，网民中使用手机上网的比例为99.7% 截至2021年12月，我国网民的人均每周上网时长为28.5个小时。 各类互联网应用的使用率如下

互联网之父温顿瑟夫说过：既然我们无法避免接触计算机网络，那么为何不去了解它并使用它呢。

网络、互连网(互联网)和因特网的概念

网络：网络(Network)由若干结点(Node)和连接这些结点的链路(Link)组成。如下图所示，笔记本电脑是个结点、台式电脑是个结点、网络打印机是个结点，将它们连接起来的交换机也是结点。当然了，结点之间的还需要使用链路，可以是有线链路，也可以是无线链路。在本例中，4个结点和3段链路就构成了一个简单的网络。 互联网：多个网络还可以通过路由器互连起来，这样就构成了一个覆盖范围更大的网络，即互联网(或互连网)。因此，互联网是网络的网络(Netwrok of Networks)。 因特网：因特网(Internet)是世界上最大的互连网络(用户数以亿计，互连的网络数以百万计)。在后面的课程中，因特网常常用一朵云表示，连接在因特网上的计算机称为主机。而因特网内部的细节，也就是路由器是怎样把许多网络连接起来的往往省略不用给出。

internet与lnternet的区别

①internet(互联网或互连网)是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。在这些网络之间的通信协议可以是任意的。 ②Internet(因特网)则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP协议族作为通信的规则，其前身是美国的ARPANET。

因特网发展的三个阶段

因特网服务提供者ISP(Internet Ser【【微信】】)

想想看，普通用户是如何接入到圆特网的呢？实际上，是通过ISP接入因特网的。ISP可以从因特网管理机构申请到成块的IP地址，同时拥有通信线路以及路由器等连网设备，任何机构和个人只要向ISP交纳规定的费用，就可以从ISP获得所需要的IP地址。这一点很重要，因为因特网上的主机都必须有IP地址才能进行通信，这样就可以通过该ISP接入到因特网。我国主要的ISP是我们大家都比较熟悉的中国电信、中国联通和中国移动这三大电信运营商。

基于ISP的三层结构的因特网

根据提供服务的覆盖面积大小及永拥有的IP地址数量的不同，ISP也分成不同的层次。 ①最高级别的第一层ISP的服务面积最大，通常也被称为因特网主干网，一般都能够覆盖国际性区域范围，并拥有高速链路和交换设备。第一层ISP之间直接互联。 ②第二层ISP和一些大公司都是第一层ISP的用户，通常具有区域性或国家性覆盖规模，与少数第一层ISP相连接。 ③第三层ISP又称为本地ISP，它们是第二层ISP的用户，且只拥有本地范围的网络。―般的校园网或企业网、住宅用户和无线移动用户都是第三层ISP的用户。 从该图可以看出，因特网逐渐演变成基于ISP的多层次结构网络。但今天的因特网由于规模太大，已经很难对整个网络的结构给出细致的描述，但是下面这种情况是经常遇到的：就是相隔较远的两台主机间的通信可能需要经过多个ISP。顺便提一下，一旦某个周户能够接入到因特网，那么他也可以成为一个ISP，所要做的就是购买一些如调制解调器或路由器这样的设备，让其它用户可以和它相连。因此，该图所示的仅仅是个示意图，―个ISP可以很方便地在因特网拓扑上增添新的层次和分支。

因特网的标准化工作

①因特网的标准化工作对因特网的发展起到了非常重要的作用。 ②因特网在制定其标准上的一个很大的特点是面向公众。 ----因特网所有的RFC(Re【【微信】】)技术文档都可从因特网上免费下载;(http://www.ietf.org/rfc.html) ----任何人都可以随时用电子邮件发表对某个文档的意见或建议 ③因特网协会ISOC是一个国际性组织，它负责对因特网进行全面管理，以及在世界范围内促进其发展和使用。因特网体系结构委员会lAB，负责管理因特网有关协议的开发 ----因特网工程部IETF，负责研究中短期工程问题，主要针对协议的开发和标准化 ----因特网研究部IRTF，从事理论方面的研究和开发一些需要长期考虑的问题 ④制订因特网的正式标准要经过以下4个阶段 ----因特网草案(在这个阶段还不是RFC文档) ----建议标准(从这个阶段开始就成为RFC文档) ----草案标准 ----因特网标准

因特网的组成

①边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成。这部分是用户直接使用的，用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。 ②核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成，这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。在网络核心部分起特殊作用的是路由器，它是一种专用计算机，但我们不称它为主机。路由器是实现分组交换的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

1、因特网的前身是1969年创建的第一个分组交换网 A. internet B. Internet C. NSFNET D. ARPANET 答案：D

2、因特网采用的核心技术是 A. TCP/IP B. 局域网技术 C. 远程通信技术 D. 光纤技术 答案：A

电路交换的来源

问题：在电话问世后，人们发现要让所有的电话机都两两相连接是不现实的。例如，两部电话只需要用一对电线就能相连接起来。 但当有5部电话要两两相连就需要10对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线数量就太大了，比如有 nnn 部电话机时，需要 n(n?1)/2n(n-1)/2n(n?1)/2 条电话线 解决方案：于是人们认识到，要使得每一部电话能够很方便地和另一部电话进行通信，就应当使用一个中间设备将这些电话连接起来，这个中间设备就是电话交换机。每一部电话机都连接到电话交换机上，可以把电话交换机简单地看成是一个有多个开关的开关器。可以将需要通信的意两部电话的电话线路按需接通，从而大大减少了电话线数量。当电话机的数量增多时，就要使用很多彼此连接起来的电话交换机来完成全网的交换任务。用这样的方法就构成了覆盖全世界的电信网。 电路交换：电话交换机接通电话线的方式称为电路交换。从通信资源的分配角度来看，交换(Switching)就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。

电路交换的三个步骤

①建立连接(分配通信资源)：在使用电路交换打电话之前，必须先拨号请求建立连接。当被叫用户听到电话交换机送来的拨号音并摘机后，从主叫端道被叫端就建立了一条连接，也就是一条专用的物理通路。这条连接保证了双方通话时所需的通信资源，而这些资源在双方通话时不会被其他用户占用。 ②通话(一直占用通信资源)：双方一直进行通话 ③释放连接(归还通信资源)：通话完毕挂机后，电话交换机释放刚才使用的这条专用的物理通路，也就是将刚才占用的所有通信资源归还给电信网。 思考：如果使用电路交换来传送计算机数据，是否可行？ 答案：可以使用电路交换来传送计算机数据，但是线路的传输效率非常低，这是因为计算机数据是突发式地出现在传输线路上的。试想一下这种情况，当用户正在输入和编辑一份待传输的文件时，用户所占用的通信资源暂未被利用，该通信资源也不能被其它用户利用，这就导致了通信资源的浪费。因此，计算机采用分组交换。

假设下面这是因特网的一部分。在因特网中，最重要的分组交换机就是路由器，它负责将各种网络互联起来，并对接收到的分组进行转发，也就是进行分组交换。

例子

问题：假设主机H6的用户要给主机H2的用户发送条消息，要经过哪些过程？ 答案：通常我们把表示该消息的整块数据称为一个报文。在发送报文之前，先把较长的报文划分成为一个个更小的等长数据段。在每个等长数据段之前加上一些由必要的控制信息组成的首部后，就构成了一个分组，也可简称位包。相应地，首部也可以称为包头。在本例中，主机H6将所构造出的各分组依次发送出去，各分组经过途中各分组交换机的存储转发，最终到达主机H2。主机H2收到放些分组后，去掉它们的首部，将各数据段组合还原出原始报文。 思考： 添加首部的作用是什么？这不是额外加大了待传输的数据量吗? 实际上，首部起着非常关键的作用。相信大家至少能想到首部中肯定包含了分组的目的地址，否则分组传输路径中的各分组交换机(也就是各路由器)就不知道如何转发分组了。分组交换机收到一个分组后，先将分组暂时存储下来，再检查其首部，按照首部中的地址进行查表转发，找到合适的转发接口，通过该接口将分组转发给下一个分组交换机。 后续的问题：在本例中，我们只演示出了分组传输过程中的两种情况： ①各分组从源站到达目的站可以走不同的路径(也就是不同的路由) ②分组乱序，就是分组到达目的站的顺序不一定与分组在源站的发送顺序相同。对于可能出现的分组丢失、误码、重复等问题并没有演示，后面再进行讲解。

总结

在上述过程中，发送方、路由器、接收方的作用如下： 发送方：构造分组、发送分组 路由器：缓存分组、转发分组 接收方：接受分组、还原报文

与分组交换类似，报文交换中的交换结点也采用存储转发方式，但报文交换对报文的大小没有限制，这就要求交换结点需要有较大的缓存空间。需要注意的是：报文交换主要用于早期的电报通信网，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。因此，不再详细介绍报文交换。

假设A、B、C、D是分组传输路径上所要经过的4个结点交换机，纵坐标是时间。

电路交换流程

对于电路交换：通信之前首先要建立连接，连接建立好之后，可以使用已建立好的连接进行数据传送。数据传送结束后需要释放连接，以归还之前建立连接所与用的通信线路资源。

报文交换流程

对于报文交换：可以随时发送报文而不需要事建立连接。整个报文先传送到相邻结点交换机，全部存储下来后进行查表转发，转发到下一个结点交换机。

分组交换流程

对于分组交换：可以随时发送分组而不需要事先建立连接。构成原始报文的一个个分组依次在各结点交换机上存储转发，各结点交换机在发送分组的同时还缓存接收到的分组。

各自的特点

当使用电路交换时，一旦建立连接，中间的各结点交换机就是直通形式的，比特流可以直达终点。 当使用报文交换时，整个报文需要在各结点交换机上进行存储转发。由于不限制报文的大小，因此需要各结点交换机都具有较大的缓存空间。 当使用分组交换时，构成原始报文的一个个分组在各结点交换机上进行存储转发。相比报文交换，减少了转发时延。还可以避兔过长的报文长时间占用链路，同时也有利于进行差错控制

电路交换的优缺点

优点： ①通信时延小：这是因为通信线路为通信双方用户专用，数据直达，因此通信时延非常小。当连续传输大量数据时。这一优点非常明显。 ②有序传输：这是因为通信双方之间只有一条专用的通信线路，数据只在这―条线路上传输，因此不存在失序问题。 ③没有冲突：不同的通信双方拥有不同的信道，不会出现争用物理信道的问题。 ④适用范围广：电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。 ⑤实时性强：主要得益于通信时延小的特点 ⑥控制简单：电路交换的结点交换机及其控制都比较简单。 缺点： ①建立连接时间长：电路交换的平均连接建立时间对讨算机通信来说太长 ②线路独占，使用效率低：电路交换一旦建立连接，物理通路就被通信双方独占。即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用 ③灵活性差：只要连接建立的物理通路中的任何一点出现了故障，就必须重新拨号建立新的连接，这对十分紧急和重要的通信是很不利的 ④难以规格化：电路交换时，数据直达。不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

报文交换的优缺点

优点： ①无需建立连接：报业交换不需要为通信双方预先建应一条专用的通信线路，不存在建立连接的时延，用户可以随时发送报文。 ②动态分配线路：当发送方把报文传送给结点交换机时，结点交换机先存储整个报文，然后选择条合适的空闲线路将报文发送出去。 ③提高线路可靠性：如果某条传输路径发生故障，会重新选择另一条路径传输数据，因此提高了传输的可靠性 ④提高线路利用率：通信双方不是固定占用一条通信线路，而是在不同的时间分段部份占用物理线路，因而大大提高了通信线路的利用率 ⑤提供多目标服务：一个报文可以同时发送给多个目的地址，这在电路交换中式很难实现的。 缺点： ①引起了转发时延：这是因为报文在结点交换机上要经历存储转发的过程。 ②需要较大存储缓存空间：这是因为报文交换对报文的大小没有限制。 ③需要传输额外的信息量：这是因为报文需要携带目标地址、源地址等信息。

分组交换的优缺点

优点 ①无需建立连接：分组交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在建立连接的时延，用户可以随时发送分组 ②线路利用率高：通信双方不是固定占用―条通信线路，而是在不同的时间时段部分占用物理线路，因而大大提高了通信线路的利用率 ③简化了存储管理：这是相对于报文交换而言的。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，管理起来相对容易。 ④加速传输：由于分组时逐个传输的，这就使得后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作可以同时进行。 ⑤减少出错概率和重发数据量：因为分组比报文小，因此出错概率必然减小。即便分组出错，也只需重传出错的部分，这比重传整个报文的数据量小很多。这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。 缺点 ①引起了转发时延：这是因为分组在结点交换机上要经历存储转发的过程。 ②需要传输额外的信息量：将原始报文分割成等长的数据块，每个数据块都要加上源地址、目的地址等控制信息，从而构成分组，因此使得传送的信息量增大了。 ③对于数据报服务，存在失序、丢失或重复分组的问题。对于虚电路服务，存在呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程： 当分组交换采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时需要重新还原成原始报文，比较麻烦。 当分组交换采用虚电路服务时，虽然没有分组失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程

1、在下列数据交换方式中，数据经过网络的传输延迟长而且是不固定的，不能用于语音数据传输的是 A. 电路交换 B. 报文交换 C. 分组交换 D. 虚电路交换 答案：B

2、为了使数据在网络中传输时延最小，首选的交换方式是 A. 电路交换 B. 报文交换 C. 分组交换 D. 信元交换 答案：A

3、因特网上的数据交换方式是 A. 电路交换 B. 报文交换 C. 分组交换 D. 光交换 答案：C

计算机网络的精确定义并未统一，全世界没有一个对计算机网络的公认的唯一定义。这里我们给出一些计算机网络的最简单的定义。

简单定义

计算机网络的最简单的定义是：一些互相连接的、自治的计算机的集合。 ①互连----是指计算机之间可以通过有线或无线的方式进行数据通信 ②自治----是指独立的计算机，它有自己的硬件和软件，可以单独运行使用 ③集合----是指至少需要两台计算机 根据上面的定义，判断下图是否是一个计算机网络 因为图中所示的各终端机只是具有显示和输入设

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