计算机网络的一些基本概念

1.互联网

什么是互联网？除了教科书上的定义，对普通网络用户来说，互联网就是在浏览器输入网址，然后可以看到各式各样内容的地方。事实上，在这些应用背后，是数以百万计的计算机在互相连接、通信，而这里说的计算机并不仅仅指所谓的电脑，服务器、智能手机、平板电脑都是计算设备，也被称之为主机（host）。

连接它们的物理线路我们称之为link，主要包括了光纤、铜缆、无线电波和卫星等等。在这些线路中，数据以光信号、电信号、电磁波的形式飞快地传播，而link就是数据传输的载体。

互联网中的另一大设备就是路由器和交换机了，它们负责确定数据传递的路径，就像物流行业的分拣员，确保每个数据包都能去往目的地。

2. 协议与标准

对计算机网络有所了解的朋友都会知道，用于计算机网络学习与研究的主要有TCP/IP协议体系结构。这个结构中将计算机网络分为5层，我们会在之后详细介绍。而每一层则是由各种各样的协议组成的。

什么是协议呢？协议就是通信的双方有一个共识，即如何表达和传递信息，往往定义了通信的格式，收发顺序，以及在发送接收时应该采取的行为。古时候的烽火就是一种协议，看到上一个烽火台点火，自己也立刻点火传递给下一个烽火台，有烽火就意味着敌军来袭。这就是规定了通信中的种种行为。

2.1 互联网协议栈

TCP/IP模型将互联网分为了5个层，从上到下为应用层（application）、传输层（transport）、网络层（network）、连接层（link）和物理层（physical）。

与之相对的，还有一种模型ISO/OSI，在TCP/IP模型的基础上，将原有的应用层细分为了应用、表示（presentation）、会话（session）层。一共7层。

在传输过程中，发送者的数据会从上到下层层封装，之后经过物理线路发送到接受者的计算机，再从下到上层层取出信息，交由应用程序进行使用。

3. 网络类型

除了目前主流的光纤接入，在近期DSL和有线电视网络也曾是计算机网络的主力军。

3.1 DSL与ADSL

DSL（digital subscriber line），数字用户线路，是早期一种使用电话线拨号上网的技术。将电话线中的模拟信号根据频率划分为不同频道，分别传输语音和数据信息，同时支持电话和计算机网络。因为用户的下载需求往往大于上传需求，所以一般分配给用户的上行带宽与下行带宽并不相同，往往下载速度大于上传速度。即所谓的ADSL （asymmetric digital subscriber line）。

3.2 有线电视网络

有线电视网络（cable network）是目前仍使用较广的网络。通过电视网络，同轴电缆可传输电视信号和计算机网络信号。与DSL不同的是，DSL的线路往往是专用的，即每户直接连到转接中心；而电视网络则是多户共用一条线缆，通向运营商。

4. 数据传输

为了将数据从一个主机传送到另一个主机，往往需要将一个大的数据分为许多相对小的数据包（packet），依次传输。类比于果园将产品送往超市一样，将水果分装在许多货车里一车一车地运送。

在传输中，数据是以比特流的形式收发的，也就是一长串的0或1。对每一条链接来说，传输的速度是有限的，我们称之为传输率（transmission rate），所以每个数据包通过这条链接的时间可以这样计算：
$$T=\frac{}{R(bits/sec)}$$