计算机网络

2023-10-18 17:01:53 浏览数 (2)

前言

所谓计算机网络，是指借助通信线路（网线、路由器等）将两台甚至更多台计算机和其它硬件设备（例如打印机、扫描仪）之间建立起连接，位于网络内部的计算机，可以实现相互通信，相互传递数据和指令，还可以共享系统内部的硬件和软件资源。 根据不同的划分标准，可以将不同的计算机网络进行分类。这里，我们以计算机网络分布范围的大小作为划分标准，将计算机网络细分为局域网、城域网以及广域网。

局域网（LAN）

顾名思义，局域网就是分布在较小的地理范围内的计算机网络，例如办公室、公司、学校等。

局域网可以是有线网络或者无线网络，也可以由有线和无线搭配组建而成。局域网中各硬件设备之间通常使用网线进行连接，每根网线都提供有一个接口，可用来连接多种硬件设备，如路由器、交换机、计算机等。例如，我们只需要使用 1 个路由器、少量网线以及几台计算机（电脑、手机等），就可以在家里、办公室等地方组建一个局域网。

组建局域网时，常用的连接众多计算机的方式（称为拓扑结构）有 3 种，分别是：

  • 环状拓扑结构 顾名思义，局域网中的计算机以环状形式进行连接，如图 1 所示。

此结构中，所有计算机都是平等的，不存在“客户端-服务器端”的关系。同时，数据的传输只能沿特定的方向从一台计算机传递到另一台计算机，整个传输过程中，沿途计算机都会对数据所到目的地的有效性进行检查，直到其到达目的地。

注意，一旦任意一台计算机无法传输数据，整个局域网中的通信都会被中断。

  • 星型拓扑结构 在这种结构中，所有计算机都会分别连接到同一个设备（可以是服务器、集线器、路由器、交换机等）上，如下图所示。

这里，我们将位于中心点的设备称为中央连接点。 显然在此结构中，各计算机之间的通信数据都会经过中央连接点。 相比其它拓扑结构，星型拓扑结构的优势至少有以下 2 点：

如果某一条线路无法正常工作，则只有与其相连的计算机受到影响，其它计算机照样可以正常工作；

  1. 向该结构的局域网中新加入计算机，是一件非常容易的事情。
  2. 该拓扑结构的缺点也是明显，一旦中央连接点出现故障，整个局域网中的通信都会中断。
  • 总线拓扑结构

各个计算机借助接口连接器连接到同一条通信线路上，即所有计算机共用一条数据传输线路，如下图所示。

相比其它拓扑结构，总线拓扑结构布局简单，因为该结构仅使用 1 条总线来建立通信网络。使用此拓扑结构的局域网中，数据会沿两个方向传输到所有计算机中，直到找到目标计算机。

总的来说，相比城域网和广域网，局域网有以下几大优势：

  1. 组装成本低、易于安装和维护；
  2. 相比城域网和广域网，局域网具有更高的传输速率；
  3. 局域网更安全，因为它的使用范围小，更容易维护；
  4. 完全能满足特定场景（如办公室、公司、学校）的需要。

城域网（MAN）

城域网通过高速载波或者某些传输介质（如铜线、光纤等）提供高速通信，其覆盖区域介于局域网和广域网之间，可达 5~50 公里。因此，城域网是一种可分布在更大的地理区域（如城镇，都市）中的高速网络。

仅从地理范围上看，城域网覆盖的区域更广，可连接的计算机数量更多，可以看做是局域网的升级版。更重要的是，一个城域网中可以连接该区域内不同位置的所有局域网（如下图所示），同时它还提供了将局域网连接到广域网和互联网的通道。

对于想要共享数据、位于较大区域的人们来说，城域网往往是更理想的选择。城域网具备以下几大优势：

  1. 建立一个城域网，并将其和广域网进行连接的成本更低；
  2. 数据传输的速率比广域网更快；
  3. 城域网可以实现快速发送本地电子邮件，还允许多个用户访问高速互联网；
  4. 通过连接多个局域网，您可以轻松实现组建一个城域网；
  5. 城域网比广域网更安全。 基于以上特点，城域网广泛应用于组建有线电视网、提供高速 DSL 线路的电话服务网络等。

广域网（WAN）

相比局域网和城域网，广域网主要由电话线、光纤或者卫星链路组建而成，因此它可以覆盖更大的地理区域，而不仅仅局限于办公室、学校、城镇或者都市。

如上图所示，虽然广域网在组织结构上和城域网类似，但广域网所能覆盖的地理范围远大于 50 公里（1000 公里或者更大），诸如银行、跨国公司等这些大型组织通常会使用广域网与世界各地的分支机构或者客户进行通信。

广域网的工作原理是将一些网络设备（如交换机、路由器等）和 TCP/IP 协议结合起来使用。并且，广域网的连接目标往往不是单个计算机，而是直接和局域网或者城域网相连，从而组建更大的计算机网络。

互联网被公认为是目前最大的广域网，它可以通过互联网服务提供商（简称 ISP）连接众多的局域网和城域网。

总的来说，相比局域网和城域网，广域网的优势在于：

  1. 可跨越更大的地理范围，比如从一个国家连接到另一个国家；
  2. 广域网可以实现让不同地域的分支机构共享位于总部的服务器，这意味着，您不再需要购买电子邮件服务器、文件服务器、备份服务器等等；
  3. 对于一些需要实时服务器的公司来说，广域网是不错的选择，因为它能在几秒钟内更新指定的文件；
  4. 相比一些普通的宽带连接，广域网可以提供更高的带宽。

基于广域网具有的多种特性，它广泛应用于构建互联网、证券交易网络、火车票预售系统等。

互联网

互联网，又称 Internet 或者 因特网，是一种可供全球计算机使用的计算机网络。

互联网遵循 TCP/IP 协议（又称传输控制协议或者因特网互联协议），凭借有线技术（电话线、光纤等）和无线联网技术（例如 4G、WiFi 等），实现了将世界数十亿台计算机相互连接、相互通信，同时还和万维网实现了连接。截止到目前，互联网是实现全球计算机相互通信速率最快的计算机网络。

互联网诞生于 1969 年的美国，由当时的美国国防部高级研究计划局（简称 DARPA）研发，并在 1969 年 12 月首次实现将位于不同地域的 4 台计算机进行连接。

  • 互联网是一种计算机网络 之所以称互联网是一种计算机网络，原因很简单，互联网凭借路由器、交换机、电话线以及其它通信设备，将世界各地的计算机和服务器相连接，从而形成了一个通信网络。 我们可以这样理解互联网，它是一个由物理通信线路（如电话线、光纤等）连接而成的全球计算机网络，甚至如 4G、5G 或者 WiFi 等这些无线连接方式，归根结底也要利用物理通信线路和互联网相连。 互联网不同于万维网（World Wide Web，简称 WWW），万维网主要由计算机和服务器组成，众多的计算机和服务器借助互联网相连接。因此，互联网是构建万维网的基础，互联网实现了计算机之间的相互通信，为万维网的形成提供了底层技术支持。这也就不难理解，万维网借助 Web 浏览器（网页浏览器）将指定内容显示在客户端，而这些内容原本存储在某个 Web 服务器端（网页服务器）。

注意，互联网并非为某个组织或个人所拥有，它用来代指一种计算机网络，该网络旨在连接众多其他网络（例如局域网、城域网等），进而构建成可容纳全世界数十亿台计算机的全球计算机网络。截止到 2018 年，全球互联网用户人数已突破 40 亿。

  • 互联网的工作模式 讲解互联网如何工作之前，您必须先了解一些与互联网相关的基础知识。 位于互联网中的计算机，各自扮演着客户端或者服务器端的角色。通常情况下，连接到互联网的设备称为客户端，例如手机、笔记本电脑等。客户端最大的特征是：它不直接和互联网相连，而是通过 ISP（互联网服务提供商）间接和互联网相连。每个连接到互联网的客户端，ISP 都会配备一个唯一的 IP 地址。 如同每个家庭都有唯一的住所地址，互联网中的每台设备也有自己的地址标识，就是 IP 地址，它使得网络中的计算机可以精准地将数据传送给其它的目标计算机。IP 地址由一串数字组成，例如笔者电脑在局域网中的 IP 地址是 192.168.3.119。 服务器端通常是一些大型计算机，支持存储大量的数据，每台服务器也有唯一的 IP 地址。服务器的功能是：接收客户端通过互联网发送来的请求，并作出相应地响应。考虑到服务器的管理、维护等因素，服务器往往集中存放，该存放地点通常称为数据中心或者机房。 使用互联网时，我们必须先明确一个要访问的域名。所谓域名，就是 IP 地址的助记符，每个域名都对应一个 IP 地址，例如本网站的域名 changes.icu 就代指存放本站的服务器端的 IP 地址。注意，域名的存在是很有必要的，因为和 IP 地址相比，域名更容易记忆。但对于互联网而言，它只认识 IP 地址而不认识域名，因此当我们使用域名访问某个网站时，互联网需要得知该域名对应的 IP 地址，这就需要用到 DNS 服务器（又称域名服务器）。 DNS 服务器的内部保存着一张域名和 IP 地址对应关系的表格，借助这张表格，DNS 服务器可以快速地找到目标域名所对应的 IP 地址。DNS 服务器通常由 ISP 或者类似的组织机构管理。 就如同您有一个电话簿，借助它，您可以轻松找到“张三”这个人名对应的电话号码，从而给“张三”打电话。互联网也是如此，它使用 DNS 服务器找到给定域名对应的 IP 地址，从而完成访问。 了解以上基础知识后，接下来看看互联网是如何工作的？ 当您打开计算机并在 Web 浏览器的地址框中输入域名时，浏览器会向 DNS 服务器发送请求以获取该域名对应的 IP 地址。成功获取到 IP 地址后，浏览器会向该 IP 地址的服务器发送访问请求。 服务器接收到访问请求后，会做出响应并找到请求的目标数据，然后将它们以数字信号或者光脉冲信号的方式通过光纤传输给您的计算机。由于服务器可能放置在很远的地方，数据可能需要传输数千公里才能达到。此外，光纤并不是直接和您的计算机相连，而是和光电转换器相连（也就是常说的“光猫”），它会将光信号转换为电信号，通过网线传输到您的计算机中。如此，Web 浏览器就会接收到所需的数据并显示给您。

注意，如果您使用的是 Wifi 或者借助手机的移动数据访问互联网，则来自光纤、经光电转换器转换的电信号数据会首先传输到路由器或者手机信号塔，然后以电磁波的方式传输到您的计算机或者手机上。

数据传输的过程看似复杂，但互联网传输数据的速率是非常快的，因为数据是以二进制形式（0 和 1）进行传输，这些二进制数据会组织成众多的数据块（称为数据包），它们能实现高速传输。因此在网速正常的情况下，当输入域名并按下 Enter 的那一刻，您就可以从数千英里外的服务器上获取需要的数据。

  • 互联网的优势 总体而言，互联网至少具备以下几大优势：
  1. 即时通讯：借助互联网，您可以与任何人进行通信，通信形式包括发送邮件、语音或者视频聊天等；
  2. 实时导航：借助 GPS 技术，您可以获取到城市、地区、国家等几乎任意地方的道路分布，还可以实时搜索您所在位置附近的加油站、银行等；
  3. 网上购物：借助互联网，您可以轻松实现网购，例如衣服、电影票、日用品等；
  4. 线上支付：您可以利用互联网在线支付账单，例如电费、煤气费、学费等；
  5. 网上银行：您可以使用网上银行，例如查询余额、转账、查询交易明细等；
  6. 在线娱乐：借助互联网，你可以在线听音乐、看电影、玩网络游戏等；

内联网

内联网，又称内连网或者内部网，是由特定组织或机构建立（如企业、机关事业单位、学校等）、专门为内部人员（员工、客户或者其它经授权的人员）设计的一种计算机网络。

和其它网络（如互联网）相比，内联网提供了一个更安全的数据传输平台。借助内联网，组织或机构可以将机密文件、数据库、链接或者应用程序等资源共享给已得到授权的人员。

您可以这样理解内联网，它如同是一个在组织或机构内部运行的互联网，位于该网络内的每台计算机都分配有唯一的 IP 地址，只有得到授权的内部人员才能使用该网络中的资源。

和互联网一样，内联网也严格遵循 TCP/IP 协议。不同之处在于，内联网借助防火墙或者其它安全系统，可以严密监控传入或传出的各个数据包，确保网络内部所有的访问请求都是得到授权的，从而禁止未授权人员访问该网络。

这也就意味着，内联网中的用户可以访问互联网（也就是因特网），但未经授权的互联网用户无法访问内联网。注意，即便用户得到授权，通常也只有在连接该内联网所在的局域网后，才能访问其中的资源。

所谓授权，通常指的是获得登陆内联网的秘钥（可简单理解为登陆密码）。也就是说，如果一个普通用户想访问内联网，除了要连接到内联网所在的局域网，还需要具备一个授权通过的网络秘钥。当然借助 VPN（虚拟专用网络），内部用户还可以实现远程访问内联网。

内联网主要由 3 部分构成，分别为网络服务器、内联网平台以及一些应用程序：

  1. 网络服务器：存储内联网中用到的所有软件和数据，同时它还负责接收各授权用户发出的访问请求，找到相应数据并回传给用户；
  2. 内联网平台：指的就是组织或者机构根据自身需求量身定做的软件，它可以搭载内部员工所需的通信工具、应用程序、数据库等应用；
  3. 应用程序：使用内联网的过程中，很可能需要一些应用程序（软件）来辅助工作，例如交流软件、检索信息的软件、存储数据的软件等。
  • 内联网的优缺点 和其它计算机网络相比，内联网有诸多优势，例如：
  1. 组成内联网的硬件成本低，安全性更高；
  2. 内联网大大提高了通信的效率，组织和机构可以即时地向内部人员共享数据、资源，同样所有内部人员也可以实时接收、查看这些数据。
  3. 内联网有助于项目管理，宏观把控团队的工作流程和进度；
  4. 移动设备（例如手机、平板电脑等）上也可以使用内联网，这意味着内部员工可以直接使用移动设备访问内联网中的数据； 当然，内联网也有它的不足，例如，介于内联网要求有较高的安全机制，只允许内部人员访问，因此建立内联网的成本相对较高；一旦防火墙或者其它安装系统无法正常工作，内联网可能面临被入侵的风险等等。

基于以上所讲有关内联网的特点，如下列举了几个内联网的典型实例：

  1. 校园网：一方面，方便学校内部教职工和学生及时获取学校动态，另一方面，学生可及时查看与自己相关的课程安排、考试安排等信息；
  2. 房地产企业内部网络：方便内部销售人员访问销售时所需的宣传册、表格等数据，另外还可以及时获取培训、开会的时间等信息；
  3. 医院内部网络：凭借内联网，所有医生可共享病人的最新情况，为病人及时提供最恰当的治疗和护理；
  4. IT 开发部门内部网络：在 IT 开发部门，常常需要将与近期开发项目有关的大量数据一次性共享给相关程序员，例如开发时所需要遵循的条款、注意事项等。

最后要提醒读者的是，千万不要将内部网和互联网搞混，下表为大家列举了它们的几个区别：

  • 内联网和互联网的区别

外联网

所谓外联网，可以理解为是对内联网功能的扩展，是内联网的“升级版”。 和互联网、内联网一样，外联网也是一种基于 TCP/IP 协议建立的通信网络。外联网的功能是：为其它组织或机构（例如合作伙伴、客户等）访问内联网提供有限的访问权限。所谓“有限的访问权限”，指的是仅能访问内联网中指定的部分资源，而不是全部。

因此外联网也是一种私有网络，借助它，组织或机构可以安全地将网络中的部分资源共享给外部的授权人员。换句话说，只要身份验证成功的用户，就可以凭借外联网访问组织或机构的内联网。

  • 外联网的建立 外联网常常以虚拟专用网络（简称 VPN）的形式建立，原因很简单，外联网的主要使用对象是组织或机构外的人员，因此网络安全至关重要，而 VPN 可以确保网络的安全性。

前面提到，外联网中数据的传输基于 TCP/IP 协议，但是以 VPN 形式建立的外联网遵循的是 IPsec 协议。IPsec 协议在 TCP/IP 协议的基础上增加了额外的安全保护机制，可以确保外联网中数据传输的安全性。 除此之外，外联网还可以采取以下两种措施，进一步提高网络安全：

使用防火墙或其它安全系统：防止未授权的用户访问外联网； 设置登陆密码：无论外部人员还是内部员工，都需要凭借登陆密码证明自己的身份，防止未经授权的用户访问内联网。

  • 外联网的优缺点 外联网的优势有很多，比如说：
  1. 外联网可以充当公司和贸易伙伴之间的沟通窗口，方便即时共享信息；
  2. 外联网简化了组织或机构中的很多业务流程，大大提供了运转效率；
  3. 外联网可以为客户提供解决问题和投诉的平台，使机构或公司更好地服务客户；
  4. 外联网还可以自动执行一些任务，例如库存下降时自动向供应商下订单等。 外联网也存在一定的局限性，例如：
  5. 如果您在自己的服务器上部署外联网，则很可能需要较高的带宽，大大增加运营成本。此外，还需要额外部署防火墙，它的安全机制非常复杂，会大大增加工作量；
  6. 外联网的正常运行必须借助互联网，因为没有互联网，组织或机构外的授权人员将无法访问网络；
  7. 外联网的使用，减少了公司和贸易伙伴、供应商之间面对面沟通的次数，很可能会导致沟通上的不及时或者误解。
  • 外联网和内联网的区别 那么，外联网和内联网有什么不同呢？下表给大家列举了它们之间的几点不同。 外联网和内联网的区别

网站

简单地理解，网站就是多个网页的集合体。同一个网站中的网页内容往往都紧密相关，每个网页都可以包含文本、图像、音频或者视频等内容。 打开网站看到的第一个网页通常称为主页或首页。

每个网站都配备有一个特定的互联网地址（简称 URL），您只需要连接互联网并在浏览器的地址栏中输入该地址，就可以访问目标网站的主页，进而访问网站上的其它资源。

大家普遍公认的世界上第一个网站，是由科学家提姆·伯纳斯·李（TimBerners-Lee，被誉为“互联网之父”）在 1991 年 8 月 6 日开发的。截止到 2018 年 1 月份，互联网上大约有 17 亿个网站。根据各个网站不同的建站目的和针对的目标群众，网站又可以分为博客、社交媒体类网站、非营利性网站、电子商务类网站等多种类型。

如今的大多数网站都托管在一个或者多个服务器上，每个网站由所有者管理，可以是个人、组织、机构或者公司。

  • 网站的类型 要知道，根据网页的内容是否会动态变化，可以将众多网页分为两类，即静态网页和动态网页。在此基础上，根据网站中包含的是静态网页还是动态网页，网站可以分为静态网站和动态网站。
  • 静态网站 静态网站指的是全部由静态网页组成的网站。也就是说，除非所有者手动更改，否则静态网站中的所有网页内容都将保持不变。 静态网站中，所有网页都采用 HTML（超文本标记语言）编码，每个网页的代码都是固定的。因此，不同用户访问同一个网页时，看到的内容是完全相同的。 静态网站中的每个网页或者其它资源，本质上都是一个个相互独立的文件（例如每个网页就是一个以 .html 为后缀名的文件），它们集中存放在服务器上。当您访问静态网站时，其实就是从服务器获取对应的文件，整个过程不需要数据库的支持，也不需要借助任何编程语言（例如 PHP、Python、Java 等）。 和动态网站相比，静态网站易于创建、维护和托管，且开发成本低，即便您不了解 Web 编程和数据库设计，也能创建属于自己的静态网站。此外，静态网站不依赖任何 CMS（全称“内容管理系统”，如织梦 CMS、帝国 CMS、PageAdmin 等）和编程语言，比动态网站更安全。

动态网站

所谓动态网站，指的是包含动态网页的网站。也就是说，动态网站中包含一些内容会动态变化的网页。

和静态网站不同，动态网站中的资源要么由编程语言自己生成，要么由编程语言从数据库中获得。因此，一旦动态网站所有者更新或者修改数据库中的内容，很可能导致网站中某些网页或者资源的内容也随之改变。

动态网站中动态内容的生成，借助的是客户端脚本语言（也就是 JavaScript）或者服务器端脚本语言（比如 PHP、ASP、JSP 等），甚至两种语言结合使用。比如说，当您使用浏览器访问某个动态网站中的动态网页时，浏览器会先向存储该网站的服务器发送请求，服务器接收到请求后，会将其传送给服务器端的脚本，由它操作数据库并获取到相关内容，进而生成网页并由服务器反馈给用户。

注意，不同用户从数据库中获取的内容很可能是不一样的。也就是说，即便是同一个动态网页，不同用户访问所看到的网页内容很可能不同。

相比静态网站，动态网站也很易于维护，并且由于其使用了很多高级编程语言，因此对于网站内容的修改和更新操作会更便捷。此外，动态网站看上去更专业，动态的网页内容往往令人印象深刻。更重要的是，动态网站中页面上的内容可以因人而异，投其所好。

下表给您罗列了静态网站和动态网站之间的区别。

静态网站和动态网站的对比

网站 服务器 互联网 计算机 计算机网络

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