计算机科学导论笔记（四）

thdwx

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分类专栏：计算机导论笔记文章标签：计算机科学导论

于 2023-03-08 21:12:12 首次发布

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本文详细介绍了计算机网络和因特网的基础知识，包括网络的定义、因特网的结构，以及硬件和软件在通信中的角色。重点阐述了协议分层的概念，特别是TCP/IP协议族，涵盖应用层的客户机-服务器模式和端到端模式，传输层的TCP和UDP协议，网络层的IP协议，以及数据链路层和物理层的功能。此外，提到了关键的应用，如FTP、HTTP、电子邮件和DNS的工作原理，强调了网络安全和协议的重要性。

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六、计算机网络和因特网

6.1 引言

6.1.1 网络

网络是一系列可用于通信的设备相互连接构成的。在这个定义里，一个设备可以是一台主机（或称为端系统），比如台式机、计算机等；设备也可以是连接设备，比如路由器（连接网络）或者交换机（连接不同的设备）。

局域网（LAN）：通常是单个办公室、建筑或校园内几个主机相连的私有网络。在局域网中，每一台主机都有作为这个主机在局域网中唯一定义的一个标识符和一个地址。一台主机向另一台主机发送的数据包中包含了源主机和目标主机的地址。

广域网（WAN）：广域网也是通信设备相互连接构成的，但它的跨度更大，可以是一个城镇、一个省甚至整个世界。局域网将主机互连，广域网则将交换机、路由器或调制解调器等连接设备互连。局域网为机构私有，而广域网则由通信公司创建并运营，并租给使用它的机构。广域网分为两类：点对点广域网（通过媒介连接两个通信设备的网络）、交换广域网（至少有两个端的网络）。交换广域网用于当今全球通信的骨干网。可以说交换广域网是数个点对点广域网连接产生的结合体。互联网络：当两个或多个网络互相连接时，它们构成一个互联网络，或称为网际网。

6.1.2 因特网

一个网际网（internet，小写 i ）是两个或多个可以互相通信的网络。最值得注意的网际网是因特网（Internet，大写 I ），它由成千上万个互连的网络组成。

在顶层，骨干网为通信公司拥有，这些骨干网通过一些复杂的交换系统（网络对等交汇点）相互连接；第二层有一些规模较小的网络，称为供应商网络，它们付费使用骨干网上的一些服务，供应商网络与骨干网相连，有时也与其他供应商网络相连；最后一层为客户网络，它们向供应商网络付费来得到服务。

骨干网和供应商网络也被称为因特网服务供应商（ISP），骨干网通常被称为国际因特网服务供应商，供应商网络被称为国内或地域性因特网服务供应商。

6.1.3 硬件和软件

因特网是大大小小的网络相连组成的一个整体。但如果只是仅仅将这些部分连接起来，明显不会发生什么。为了产生通信，需要硬件和软件的配合使用，下面会介绍如何通过协议分层来进行通信。

6.1.4 协议分层

协议定义了发送器、接收器以及所有中间设备必须遵守的以保证有效通信的规则。简单的通信可能只需要一条协议，当通信变得复杂时，需要将任务分配到不同的协议层，在每一个协议层都需要一个协议，这就是协议分层。

在上图的场景中，Maria（以下称为M）想要和Ann（以下称为A）通过邮件进行联系。如果写一封信直接通过邮局发送，当信件被拦截时，别人可以很清楚的知道信件中的内容，所以需要对信件进行加密。那么就可以把通信过程分为三个协议层。在第三个协议层，M先制作出明文；然后通过第二协议层对明文进行加密；再通过第一协议层给信件加上收信人信息和寄信人信息；在A这边，第一协议层接收到信件，然后将密文送到第二协议层进行解密，最后通过第一协议层传递给A。