因特網概述
因特網（Internet）是全球最大的計算機網絡，連接了數以億計的計算設備，如計算機、智能手機、服務器等。它通過一套通用的協議（主要是TCP/IP協議族）實現全球范圍內的信息交換與資源共享。因特網的核心是分布式的網絡結構，由眾多互聯網服務提供商（ISP）的網絡相互連接而成，沒有單一的中心控制點。其應用已滲透到社會生活的方方面面，如萬維網（WWW）、電子郵件、流媒體和云計算等。
三種交換方式
在計算機網絡中，數據通過網絡從源點傳送到終點主要采用三種交換技術：
- 電路交換：在通信開始前，需要在通信雙方之間建立一條專用的物理通路，并在整個通信期間獨占該線路，直到通信結束才釋放。傳統電話網絡是典型代表。其優點是傳輸時延小、實時性強；缺點是線路利用率低，建立連接耗時。
- 報文交換：以整個報文（要發送的完整數據塊）為交換單位。每個報文都帶有源地址和目的地址，網絡節點（如路由器）接收整個報文后暫存，再根據地址轉發到下一個節點，直至目的地。這種方式無需建立專用通路，線路利用率高，但報文在節點存儲轉發時延較大，且對節點緩存要求高。
- 分組交換：將報文分割成更小的、長度固定的數據塊，稱為“分組”或“包”。每個分組獨立路由，通過網絡傳輸，在目的地重新組裝成原始報文。這是現代計算機網絡（包括因特網）采用的核心技術。它兼具了電路交換和報文交換的優點：無需建立連接、線路利用率高、傳輸更靈活可靠（不同分組可走不同路徑），是支持大規模、異構網絡互聯的關鍵。
計算機網絡定義和分類
定義：計算機網絡是指將地理位置不同的、具有獨立功能的多個計算機系統及其外部設備，通過通信線路和通信設備連接起來，在網絡操作系統、網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的系統。
分類（按地理范圍劃分）：
- 個域網：覆蓋范圍最小，通常在個人工作區，如藍牙連接。
- 局域網：覆蓋有限的地理區域，如一個辦公室、一棟樓或一個校園，具有高數據傳輸率、低誤碼率的特點。以太網和Wi-Fi是常見技術。
- 城域網：覆蓋一個城市，通常作為多個局域網的骨干網。
- 廣域網：覆蓋范圍最廣，可以是一個國家、地區甚至全球。因特網是最大的廣域網。其技術復雜，通常利用公用電信網絡。
計算機網絡的性能指標
用于評估計算機網絡性能的主要指標包括：
- 速率：指數據的傳送速率，即比特率，單位是比特/秒（b/s）。常用單位有kb/s, Mb/s, Gb/s等。注意與表示存儲容量的字節（Byte）區分。
- 帶寬：在計算機網絡中，帶寬指數字信道所能傳送的“最高數據率”，單位同速率。它表示網絡的通信能力。
- 吞吐量：單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的實際數據量。受帶寬、網絡擁堵程度等因素影響。
- 時延：數據從網絡的一端傳送到另一端所需的時間。由以下幾部分構成：
- 發送時延：節點發送數據幀所需時間。
- 傳播時延：電磁波在信道中傳播一定距離所需時間。
- 處理時延：節點對數據進行存儲轉發處理所需時間。
- 排隊時延：數據在節點中排隊等待處理的時間。
- 時延帶寬積：傳播時延與帶寬的乘積，表示鏈路上可容納的比特數量，即“以比特為單位的鏈路長度”。
- 往返時間：從發送方發送數據開始，到發送方收到接收方的確認所經歷的總時間。
- 利用率：包括信道利用率和網絡利用率。過高利用率會導致時延急劇增加。
計算機網絡體系結構
為了降低網絡設計的復雜性，計算機網絡采用分層結構，每一層都建立在下一層的基礎上，并為上一層提供服務。這種分層模型和協議的集合稱為網絡體系結構。最著名的模型是OSI七層參考模型（理論標準）和實際廣泛應用的TCP/IP四層模型。
- TCP/IP四層模型（從下至上）：
- 網絡接口層：負責在物理網絡上發送和接收數據幀。
- 網際層：核心協議是IP，負責將數據包從源主機路由到目的主機。
- 傳輸層：主要協議有TCP（面向連接、可靠）和UDP（無連接、高效），負責端到端的通信。
- 應用層：包含各種高層協議，如HTTP、FTP、DNS、SMTP等，為用戶應用程序提供網絡服務。
- 五層協議學習模型（折中方案，便于教學）：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層。
分層結構的關鍵概念是協議（對等層規則）、接口（相鄰層服務訪問點）和服務（下層為上層提供的功能）。
計算機系統服務
這里的“計算機系統服務”在計算機網絡語境下，通常指網絡為連接在其上的主機（端系統）提供的核心服務。這些服務由網絡體系結構中的各層協議共同實現，主要包括：
- 連通性服務：最基本服務，使端系統之間能夠互相發送和接收數據，實現互聯互通。IP層提供了主機到主機的邏輯通信能力。
- 資源共享服務：允許多個用戶共享網絡中的硬件（如打印機、存儲設備）、軟件和數據資源。這是組建網絡的主要目的之一。
- 信息服務：提供各種形式的信息傳遞與訪問，如網頁瀏覽（WWW）、文件傳輸（FTP）、電子郵件（E-mail）等。
- 可靠數據傳輸服務：確保數據能準確、有序、無差錯地從發送方傳送到接收方。這主要由傳輸層的TCP協議等提供。
- 效率與性能保障服務：包括流量控制（防止發送方淹沒接收方）、擁塞控制（防止網絡過載），以及一定的服務質量保證。
- 安全服務：通過加密、認證、訪問控制等手段，保護數據傳輸的機密性、完整性和可用性，防止未授權訪問和攻擊。
這些服務共同構成了現代計算機網絡強大功能的基礎，支撐著豐富多彩的互聯網應用。
