因特网概述
因特网（Internet）是全球最大的计算机网络，连接了数以亿计的计算设备，如计算机、智能手机、服务器等。它通过一套通用的协议（主要是TCP/IP协议族）实现全球范围内的信息交换与资源共享。因特网的核心是分布式的网络结构，由众多互联网服务提供商（ISP）的网络相互连接而成，没有单一的中心控制点。其应用已渗透到社会生活的方方面面，如万维网（WWW）、电子邮件、流媒体和云计算等。
三种交换方式
在计算机网络中，数据通过网络从源点传送到终点主要采用三种交换技术：
- 电路交换：在通信开始前，需要在通信双方之间建立一条专用的物理通路，并在整个通信期间独占该线路，直到通信结束才释放。传统电话网络是典型代表。其优点是传输时延小、实时性强；缺点是线路利用率低，建立连接耗时。
- 报文交换：以整个报文（要发送的完整数据块）为交换单位。每个报文都带有源地址和目的地址，网络节点（如路由器）接收整个报文后暂存，再根据地址转发到下一个节点，直至目的地。这种方式无需建立专用通路，线路利用率高，但报文在节点存储转发时延较大，且对节点缓存要求高。
- 分组交换：将报文分割成更小的、长度固定的数据块，称为“分组”或“包”。每个分组独立路由，通过网络传输，在目的地重新组装成原始报文。这是现代计算机网络（包括因特网）采用的核心技术。它兼具了电路交换和报文交换的优点：无需建立连接、线路利用率高、传输更灵活可靠（不同分组可走不同路径），是支持大规模、异构网络互联的关键。
计算机网络定义和分类
定义：计算机网络是指将地理位置不同的、具有独立功能的多个计算机系统及其外部设备，通过通信线路和通信设备连接起来，在网络操作系统、网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的系统。
分类（按地理范围划分）：
- 个域网：覆盖范围最小，通常在个人工作区，如蓝牙连接。
- 局域网：覆盖有限的地理区域，如一个办公室、一栋楼或一个校园，具有高数据传输率、低误码率的特点。以太网和Wi-Fi是常见技术。
- 城域网：覆盖一个城市，通常作为多个局域网的骨干网。
- 广域网：覆盖范围最广，可以是一个国家、地区甚至全球。因特网是最大的广域网。其技术复杂，通常利用公用电信网络。
计算机网络的性能指标
用于评估计算机网络性能的主要指标包括：
- 速率：指数据的传送速率，即比特率，单位是比特/秒（b/s）。常用单位有kb/s, Mb/s, Gb/s等。注意与表示存储容量的字节（Byte）区分。
- 带宽：在计算机网络中，带宽指数字信道所能传送的“最高数据率”，单位同速率。它表示网络的通信能力。
- 吞吐量：单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量。受带宽、网络拥堵程度等因素影响。
- 时延：数据从网络的一端传送到另一端所需的时间。由以下几部分构成：
- 发送时延：节点发送数据帧所需时间。
- 传播时延：电磁波在信道中传播一定距离所需时间。
- 处理时延：节点对数据进行存储转发处理所需时间。
- 排队时延：数据在节点中排队等待处理的时间。
- 时延带宽积：传播时延与带宽的乘积，表示链路上可容纳的比特数量，即“以比特为单位的链路长度”。
- 往返时间：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认所经历的总时间。
- 利用率：包括信道利用率和网络利用率。过高利用率会导致时延急剧增加。
计算机网络体系结构
为了降低网络设计的复杂性，计算机网络采用分层结构，每一层都建立在下一层的基础上，并为上一层提供服务。这种分层模型和协议的集合称为网络体系结构。最著名的模型是OSI七层参考模型（理论标准）和实际广泛应用的TCP/IP四层模型。
- TCP/IP四层模型（从下至上）：
- 网络接口层：负责在物理网络上发送和接收数据帧。
- 网际层：核心协议是IP，负责将数据包从源主机路由到目的主机。
- 传输层：主要协议有TCP（面向连接、可靠）和UDP（无连接、高效），负责端到端的通信。
- 应用层：包含各种高层协议，如HTTP、FTP、DNS、SMTP等，为用户应用程序提供网络服务。
- 五层协议学习模型（折中方案，便于教学）：物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。
分层结构的关键概念是协议（对等层规则）、接口（相邻层服务访问点）和服务（下层为上层提供的功能）。
计算机系统服务
这里的“计算机系统服务”在计算机网络语境下，通常指网络为连接在其上的主机（端系统）提供的核心服务。这些服务由网络体系结构中的各层协议共同实现，主要包括：
- 连通性服务：最基本服务，使端系统之间能够互相发送和接收数据，实现互联互通。IP层提供了主机到主机的逻辑通信能力。
- 资源共享服务：允许多个用户共享网络中的硬件（如打印机、存储设备）、软件和数据资源。这是组建网络的主要目的之一。
- 信息服务：提供各种形式的信息传递与访问，如网页浏览（WWW）、文件传输（FTP）、电子邮件（E-mail）等。
- 可靠数据传输服务：确保数据能准确、有序、无差错地从发送方传送到接收方。这主要由传输层的TCP协议等提供。
- 效率与性能保障服务：包括流量控制（防止发送方淹没接收方）、拥塞控制（防止网络过载），以及一定的服务质量保证。
- 安全服务：通过加密、认证、访问控制等手段，保护数据传输的机密性、完整性和可用性，防止未授权访问和攻击。
这些服务共同构成了现代计算机网络强大功能的基础，支撑着丰富多彩的互联网应用。
