学习目标：
1、了解计算机网络的形成与发展 2、熟悉计算机网络的定义与分类 3、理解计算机网络的组成和逻辑划分
4、理解计算机网络的拓朴结构 5、了解计算机网络的功能与应用
主要内容：
1.1 计算机网络的形成与发展
1.2 计算机网络拓扑结构和分类
1.3 因特网
1.4 协议和标准
1.5 计算机网络体系结构
1.1 计算机网络的形成与发展
计算机网络从上世纪60年代开始形成并发展至今，仅有半个多世纪的时间（50余年），其发展历史可大致分为以下五个阶段：
初级阶段、 计算机网络形成阶段 、网络标准化阶段、 计算机网络互联阶段、 高速发展阶段
1.1.1 计算机网络的发展史
1、初级阶段
产生于20世纪60年代早期。 “终端-通信线路-计算机”的模式，子网间无法通信。 只是开始将彼此独立发展的计算机技术与通信技术结合起来，严格意义上讲，不属于计算机网络范畴。
意义：完成了数据通信与计算机通信网络的研究，为计算机网络的出现做好了技术准备，奠定了理论基础。
典型案例：美国半自动地面防空系统 1951年由美国麻省理工学院林肯实验室为美国空军设计，并于1963年建成。
2、计算机网络形成阶段
20世纪60年代末，以ARPAnet为典型； 以实现“资源共享”为目的多计算机互连形态。 重要贡献：将应用与通信功能从逻辑上分离，应产生了通信子网与资源子网的概念
ARPAnet
1969年11月，美国国防部高级研究计划管理局 （ARPA）出资组建命名为ARPAnet的网络，连接了4个结点的4台大型计算机，4个结点分别是：加利福尼亚大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校。 1975年，ARPnet已经连入了100多台主机，并结束了网络试验阶段，移交美国国防部国防通信局正式运行。
1983年1月TCP/IP协议正式成为的ARPAnet的网络协议标准后，大量的网络、主机和用户都连入了ARPAnet，使得ARPAnet迅速发展。
主要特点： 资源共享、分散控制、分组交换； 采用专门的通信控制处理机，将应用与通信功能从逻辑上分离，应产生了通信子网与资源子网的概念； 采用分层的网络协议；（于1983年1月完成向TCP/IP协议的转换工作）
3、计算机网络标准化阶段
网络体系结构的多样化与私有性： IBM的SNA（系统网络结构）-1974 DEC的DNA（分布型网络的数字网络体系）-1975 呼唤网络体系结构的标准化与兼容性： ISO的OSI RM（开放系统互连参考模型）-1977 ～ 1983
4、计算机网络互联阶段
广域网 美国国防部决定向全世界无条件地免费提供TCP/IP，即向全世界公布解决电脑网络之间通信的核心技术，TCP/IP协议核心技术的公开最终导致了Internet的大发展。
局域网 1972，Xerox公司发明了以太网，以太网与微机的给合，使得微机型局域网得到了快速发展，随着以太网的发展，1980年2月，美国电气和电子工程师协会（IEEE）成立了一个802委员会，开始制定局域网标准，随后推出了一系列标准。其制定的局域网标准很快就成为了国际标准。 推动了计算机网络的高速发展： 以太网(ETHERNET)与因特网(Internet)。
5、高速发展阶段 高速：主干带宽的增加达到10Gbps或更高，接入带宽可以高达1000Mbps。 互连： Intranet、Extranet、 Internet 智能： 服务质量、网络管理
所谓计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，利用通信链路连接起来，在网络操作系统、网络管理软件以及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和数据通信功能的系统。 计算机网络是计算机与通信技术相结合的产物。 主要功能：资源共享、数据通信
从资源构成的角度讲，计算机网络由硬件和软件组成： 硬件包括各种主机、终端等用户端设备，以及交换机、路由器等通信控制处理设备； 软件则由各种系统程序和应用程序以及大量的数据资源组成。 为了有利于计算机网络的设计与实现，我们更多的是从功能角度去看待计算机网络的组成，并从功能上将计算机网络逻辑划分为资源子网和通信子网。如图1-1所示。
图1-1 计算机网络的组成
CCP：（Communicalion Control Processor)通信控制处理机。用于处理主机之间通信任务的专用计算机。
CCP的三大主要功能：
网络接口功能-----实现资源子网和通信子网的接口功能；
存储/转发功能----对进入网络传输的数据信息提供转接功能；
网络控制功能-----为数据提供路径选择、流量控制等功能。
通信链路 用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。
1、资源子网 负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。它们向各用户提供各种服务。
2、通信子网 主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。。
3、通信协议 为主机和主机间或主机和子网间或各节点间通信而建立的规则、标准或约定的集合。
1.2 计算机网络拓扑结构和分类
1.2.1 计算机网络拓扑结构
计算机网络的拓扑结构是引用拓扑学中研究与大小、形状无关的点、线关系的方法，把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点，把传输介质抽象为一条线，由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。计算机网络的拓扑结构反映出网络中各实体的结构关系，是建设计算机网络的第一步，是实现各种网络协议的基础，它对网络的性能，系统的可靠性与通信费用都有重大影响。 这里需要指出的是，网络拓扑结构根几何中拓扑的概念是不相同的，在计算机网络拓扑结构中，我们只关心点与点是否连接，至于点的位置、线的型状我们是不关心的。
网络拓朴结构反映出网络的结构关系，对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，在整个网络设计中占有十分重要的地位，是网络构建时首先要考虑的因素之一。
常见的网络拓朴结构有： 总线型 、星型、 环型 、网状型 、蜂窝结构
1、总线型拓扑结构 总线型拓扑是一种基于多点连接的拓扑结构，是将网络中的所有的设备通过相应的硬件接口直接连接在共同的传输介质上。总线型拓扑结构如图1-2所示。
优点：简单、易于实现。 缺点：可靠性和灵活性差 、传输延时不确定 。
图1-2 总线型拓扑结构
2、星型拓扑结构 网络由各节点以中央节点为中心相连接，各节点与中央节点以点对点方式连接，节点之间的数据通信要通过中央节点。如图1-3所示。
优点：结构简单，管理方便，可扩充性强，组网容易。 缺点：对中心节点依赖过高，是全网可靠性的关键。
图1-3 星型（树型）拓扑结构
3、环型拓扑结构 节点与链路构成了一个闭合环，每个节点只与相邻的两个节点相连。每个节点必须将信息转发给下一个相邻的节点。环型拓扑结构如图1-4所示。
优点：简单、易于实现，传输延时确定 。 缺点：维护与管理复杂。
图1-4 环型拓扑结构
4、网状拓扑结构 又称无规则型。结点间的连接是任意的，不存在规律。数据的传输有赖于所采用的网络设备。网状拓扑结构如图1-5所示。
优点：多条链路提供了冗余连接，可靠性高。 缺点：结构复杂，实现代价高。
图1-5 网状型拓扑结构
5、蜂窝状拓扑结构 使用无线传输介质进行点到点和多点传输，无需架设物理连接线路，对于不适合布线的场合非常适用。蜂窝状拓扑结构如图1-6所示。
优点：无需布线，方便灵活。 缺点：使用范围小，安全性低。
图1-6 蜂窝状拓扑结构
6、混合型拓扑结构 网络还可以同时采用几种拓扑结构，充分利用不同网络拓扑结构的优点，取长补短，组成混合型拓扑结构。混合型拓扑结构如图1-7所示。
图1-7 混合型拓扑结构
1.2.2 计算机网络的分类
计算机网络有多种分类方法，常见的分类方法有：按地理覆盖范围、拓扑结构、组成元素、数据交换方式、使用对象、传输技术等六种方式：
按地理覆盖范围(最为典型与常用的划分方式)，分为局域网、城域网和广域网。
按照网络拓扑结构，分为总线型、星型、环型、网状、蜂窝型网络。
按照网络的组成元素，分为资源子网和通信子网。
按照网络的交换方式，分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。
按使用网络的使用对象，分为公众网络和专用网络；
按网络传输技术，分为广播式网络和点到点式网络；
1、局域网（LAN） 是一个局部的地理范围内（如一个房间、一幢楼、一个校园内）的计算机、终端与外部设备互联成网络。范围一般在方圆几米～几千米以内。典型的LAN技术:Ethernet（以太网） Token-Ring（令牌环网） FDDI（光纤分布式数据接口） 因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多，随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，所以用FDDI的人就越来越少了。
2、城域网（MAN） 是在一个或是相近的几个城市范围内所建立的计算机通信网。城域网有两个方面作用：一是城市骨干网，它与中国的骨干网相连。二是城市接入网，它把本地所有的联网用户与城市骨干网相连。覆盖范围大约是几公里到几十公里。 随着技术的发展，城域网技术与局域网技术、城域网技术与广域网技术之间的边界正在日益模糊。
3、广域网（WAN） 广域网通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络。其覆盖的范围比局域网（LAN）和城域网（MAN）都广得多。比如互联网是世界范围内最大的广域网。
1.3 因特网
1.3.1 因特网简介
1、Internet发展历史
Internet定义：组织松散的、独立的国际合作互联网络。
2、Internet管理组织机构
Internet并不为任何政府部门或组织所拥有或控制。它的技术（操作规则）由Internet协会（ISOC）制定。Internet管理组织机构如图1-8所示。
图1-8 Internet管理组织机构
1.3.2 中国互联网的发展
1、中国互联网发展史
我国互联网发展起步较晚，始于20世纪80年代末期。
2、中国互联网基础设施建设
中国公用计算机互联网（CHINANET) 95年初与国际互联网连通，于5月向社会提供服务。
中国教育与科研网（CERNET） 94年启动，95年底完成首期工程，有连接美国的国际专线。
中国科学技术网（CSTNET） 由中国科学院主持建设。94年4月开通了与Internet的专线连接。5月21日完成了我国最高域名CN主服务器的设置，实现了与Internet的TCP/IP连接。
中国金桥信息网（CHINAGBN） 即国家公用经济信息通信网，由原电子工业部管理，面向政府、企业、事业单位和社会公众提供数据通信和信息服务。
表1-2 CNNIC第38次统计报告，骨干网络国际出口总带宽数
1.4 协议和标准
1.4.1 协议
通信双方为了实现网络通信而建立的规则、约定或标准就称为网络协议。 协议总是指某一层的协议。准确地说，它是在同等层之间的实体通信时，有关通信规则和约定的集合就是该层协议，例如物理层协议、传输层协议、应用层协议。 网络协议，也可简称协议，由三要素组成： 语法：即数据与控制信息的结构或格式； 语义：即需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应； 时序（同步）：即事件实现顺序的详细说明。
1.4.2 标准
国际化标准组织（ISO）对“标准”的定义作出了统一规定，所谓的标准是指由一个公认的机构制定和批准的文件。它对活动或活动的结果规定了规则、导则或特殊值，供共同和反复使用，以实现在预定领域内最佳秩序的效果。标准为制造商、销售商、政府部门和其他服务提供商提供了一系列的准则。 数据通信标准分为事实类和法定类两种。所谓事实标准是指未经任何组织、团体认可，但已在社会中广泛使用并被社会接受的准则。由官方认可的组织、团体制定或认可的标准则称为法定标准。
1、标准化组织
在数据通信方面，社会认可度高且有一定权威性的组织有： 国际标准化组织（ISO） 国际电信联盟电信标准局（ITU-T） 美国国家标准协会（ANSI） 电气和电子工程师协会（IEEE） 电子工业协会（EIA）
2、Internet标准
Internet标准是经过完全测试的规范，是对Internet用户有用且被拥护的标准，是必须遵守的格式化规则。 某份规范想要成为Internet标准必须要经过严格的程序，规范最初以没有官方地位的草案开始，有6个月生命期，经过Internet权威机构推荐，就能以RFC的形式发表，RFC文档经过编辑后会赋予一个编号，并对所有团体开放，最后经过成熟度考察后根据其需求程度进行归类。
1.5 计算机网络体系结构
计算机网络是一种复杂而庞大的系统，为了更好的研究计算机网络，解决计算机网络发展过程中遇到的各种技术问题，包括信号传输、差错控制、寻址、数据交换和提供用户接口等一系列问题。常用的方法就是把系统组织进行层次分解，也就是把相关功能分解开，分别解释和实现。 计算机网络体系结构是我们为简化这些问题的研究、设计与实现而抽象出来的一种结构模型。 网络通信的一般模型 计算机网络体系结构所采用的一般模型为层次模型。 分层的优越性 分层的降低了复杂性，提高了灵活性。
1.5.1 OSI参考模型
1、OSI/RM参考模型的提出
世界上第一个网络体系结构是由IBM公司1974年推出的系统网络体系结构（SNA），后来又有其他公司相继提出自己的网络体系结构。比如DEC公司的DNA，美国国防部的TCP/IP等。在当时的计算机网络中，多种网络体系结构并存，体系结构之间无法相互兼容，只能与同种结构的网络互联，也就是说是如果采用IBM的结构，就只能选用IBM的产品，私有网络模型所带来的困难和低效性制约了计算机网络的发展。 为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISO于1977年成立了一个委员会，在已有网络体系结构的基础上，提出了一个不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，这个体系结构称为开放系统互联模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。
2、OSI/RM参考模型分层体系结构
国际标准化组织ISO于1981年制定了开放系统互连参考模型(OSI/RM)。OSI参考模型提供了一个用来进行网络系统设计的层次化框架， OSI参考模型在划分层次时，根据下面五点原则进行层次的划分： 网络中各结点都有相同的层次； 不同结点相同层次具有相同的功能； 同一结点相邻层间通过接口通信； 每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务； 不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信。
OSI模型提供了一个用来进行网络系统设计的层次化框架，它由7个相互独立但又互相关联的层次组成，由低到高分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元，各层协议数据单元如图1-10所示。
图1-10 OSI参考模型各层协议数据单元
3、数据的封装和解封装
封装（Encapsulation）是指网络结点将要传送的数据用特定的协议头打包来传送数据，有时候也可能在数据尾部加上报文；
解封装是指封装的逆过程。
数据的封装和解封装如图1-12所示。
图1-12 数据的封装和解封装
4、OSI参考模型各层功能
（1）物理层 为数据端设备提供传送数据的链路。 传输数据。
（2）数据链路层 为网络层提供数据传送服务，具备链路的建立、拆除和分离功能。 帧定界和帧同步。 差错检测和恢复、链路标识、流量控制。
（3）网络层 逻辑寻址。 路由选择和中继功能。 激活、终止网络连接。 流量控制、服务选择、网络管理等功能。
（4）传输层 连接控制，提供无连接和有连接传输服务。 端口寻址。 报文的分段和组装。 差错控制、流量控制等功能。
（5）会话层 对话控制。 同步。
（6）表示层 数据转换。 数据加密、压缩。
（7）应用层 网络虚拟终端 文件传输、访问和管理，邮件服务等服务
5、OSI参考模型各层功能对比 OSI参考模型各层相对独立，第一层至第七层功能对比如图1-13所示。
图1-13 OSI参考模型各层次对比
1.5.2 TCP/IP参考模型
1、TCP/IP参考模型
TCP/IP协议族在OSI参考模型出现之前就已开发出来了，所以TCP/IP协议族的层次无法与OSI严格的对应。
TCP/IP协议族由主机-网络层、互联网络层、传输层和应用层4个层次组成。
当TCP/IP协议族与OSI模型比较时，可以将主机-网络层看成是物理层和数据链路层；互联网层相当于网络层；传输层对应传输层及会话层的部分功能；应用层对应会话层、表示层及会话层。
对应关系如图1-14所示。
图1-14 OSI参考模型体系与TCP/IP体系的层次对应关系
2、TCP/IP各层功能
3、TCP/IP协议的调用关系
TCP/IP是由相互作用的模块组成的分层协议，每一层提供一个特定功能，无需相互依赖，各层的协议调用关系如图1-15所示。
图1-15 TCP/IP体系结构协议的调用关系
1.5.3 寻址
1、物理地址
物理地址，也称为MAC（Medium/Media Access Control）地址或链路地址，它是网络定义的节点地址，包含在数据链路层中的帧中使用。物理地址的长度和格式是可变的，它与网络标准有关。
例如，在LocalTalk中使用1个字节的动态地址，每次在站点到时来时改变；而在以太网中则是使用长度为6个字节（48个二进制位）的物理地址，烧录在网卡（NIC）中。以太网是现今使用最为广泛的局域网技术。 以太网物理地址采用十六进制数表示，共6个字节（48位）。其中，前三个字节是由IEEE的注册管理机构RA负责给不同厂家分配的代码(高位24位），后三个字节(低位24位)由各厂家自行指派给生产的适配器接口，称为扩展标识符。 为了方便书写，6个字节（48位）的物理地址采用十六进制数形式进行书写，每个字节用冒号分隔，如下所示。 B0：83：FE：8B：31：F2
2、逻辑地址 Internet中的逻辑地址指的是IP地址（Internet Protocol Address）。
IP地址是IP协议提供的一种统一格式的地址，它为Internet上的每一个设备（主机）分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。 IP地址现今有IPv4和IPv6两个版本，IETF设计IPv6的目的主要是用于替代IPv4，以解决IP地址枯竭的问题。在IPv4中，IP地址的长度为32位，每8位为1组，共4组；在书写时采用点分十进制的方法进行书写。IPv6的长度则为128位，每16位为一组，共8组；书写时采用冒号分十六进制的方法。IPv4和IPv6书写如下所示。 IPv4 192.168.1.1 IPv6 2001：0000：78C6：E764：1416：2DBA：3F57：FEE9
3、端口地址 在TCP/IP分层体系结构中，标记不同进程的标识符就称为端口地址。
端口地址长度为16位，书写时直接用十进制进行书写。 端口地址1-1023一般由IANA管理，主要用于服务器端，服务器端的端口地址一般是固定的；而客户端的端口地址只有在用户开启相应的进程时才会打开，所以一般会分配1024-5000之间的临时端口地址；大于5000的端口地址是为其他服务使用。
4、专用地址 部分面向用户的应用被设计成专用地址。
例如，电子邮件地址12345@qq.com；统一资源定位符www.gdlgxy.com。电子邮件地址定义了邮件的接收或发送地址，统一资源定位符则是在万维网中定位资源的位置。这些地址将由发送计算机转换为对应的端口地址和IP地址。
小结
计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。计算机技术的发展推动了商业、工业、农业、科学与教育业的变革；数据通信技术的进步使得通信链路能够承载更快更多的信号。因此，计算机网络的服务也在向前发展，扩展功能越来越多，其应用领域也越来越广。
本章主要内容有： 计算机网络的形成与发展 、数据通信 、计算机网络拓扑结构与分类 、因特网 、协议和标准 、计算机网络体系结构
原文：https://www.cnblogs.com/derito-1/p/11767941.html