第5章
Internet的基本概念
1..1 Internet的概念
Internet（互联网，又称因特网）是一种计算机网络的集合，以TCP/IP（传输控制协议/网际协议）协议进行数据通信，把世界各地的计算机网络连接在一起，进行信息交换和资源共享。
Internet是全球最大的、开放的、由众多网络互连而成的计算机互联网。Internet可以连接各种各样的计算机系统和计算机网络，不论是微型计算机还是大/中型计算机，不论是局域网还是广域网，不管它们在世界上什么地方，只要共同遵循TCP/IP协议，就可以连入Internet。
1..2 Internet的基本服务功能
Internet所提供的服务多达上万种，常见的几个基本服务： WWW服务、电子邮件（E-mail）服务、信息的检索（查询）、FTP服务（文件传输服务）、 Telnet服务（远程登录服务）、电子公告牌（BBS）。
1..3 Internet的组成部分
Internet主要是由通信线路、路由器、主机和信息资源等部分构成。
1．通信线路
通信线路是Internet的基础设施，它负责将Internet中的路由器和主机连接起来。Internet中的通信线路可以分为两类：有线通信线路（电缆，光缆等）和无线通信线路（微波等）。
通常使用“带宽”和“传输速率”等术语来描述通信线路的数据传输能力。所谓传输速率，指的是通信线路每秒钟可以传输的比特（bit）数，单位是b/s（bps）。为了书写方便，经常使用以下的表示方式：1 kbps=103 bps，1 Mbps=106 bps，1 Gbps=109 bps。
所谓带宽，指的是传输线路上某数据信号所占据的频率范围。通信线路的最大传输速率与它的带宽成正比。通信线路的带宽越宽，它的传输速率也就越高。
2．路由器
路由器是Internet最重要的设备之一，它负责将Internet中的各个局域网或广域网连接起来。当数据从一个网络传输到路由器时，它需要根据数据所要达到的目的地，通过路径选择算法为数据选择一条最佳的输出路径。
3．主机
主机是Internet不可缺少的成员，它是信息资源与服务的载体。在Internet中主机可以是大型计算机，也可以是微型机或便携机。按照主机在Internet中的用途，主机可以分为两类：一是服务器，二是客户机。其中主机是信息资源与服务的提供者，客户机是信息资源与服务的使用者。
4．信息资源
信息资源是Internet的核心问题，它会直接影响到Internet受欢迎的程度，所以Internet的发展方向是如何更好地组织信息资源，并使用户更快地获得信息。在Internet中有很多类型的信息资源，例如文本、图像、声音与视频等多种信息类型，并涉及到社会生活的各个方面。
Internet的通信协议与工作原理
Internet由数十万个网络与数千万台计算机组成，因此必须要有一种方法保证Internet能够正常地工作，这是我们这一节要介绍的内容。
1..4 TCP/IP协议
Internet允许世界各地的网络作为它的子网，而连入的各个子网的计算机可以是不同类型的，它们所使用的操作系统也可以是不同的。那么，对于一个这么复杂的系统中，用什么办法可以保证Internet能够正常工作呢？方法只有一个，那就是让所有连入Internet的计算机都使用相同的通信协议，这个协议就是TCP/IP协议。
TCP/IP协议是网络中使用的基于软件的通信协议，包括传输控制协议（Transmission Control Protocol简称TCP）和网际协议（ Internet Protocol简称IP）。TCP/IP是普通使用的网络互连的标准协议，可使不同环境下不同节点之间进行彼此通信，是连入Internet的所有计算机在网络上进行各种信息交换和传输所必须采用的协议。
TCP/IP协议并不只是TCP协议和IP协议两个协议，它们实质上是一个协议集。和OSI参考模型相比，TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求，这4层分别为：
? 应用层：应用程序间沟通的层，如简单电子邮件传输（SMTP）、文件传输协议（FTP）、
网络远程访问协议（Telnet）等。
? 传输层：在此层中，它提供了节点间的数据传送服务，如传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）等，TCP和UDP给数据包加入传输数据并把它传输到下一层中，这一层负责传送数据，并且确定数据已被送达并接收。
? 互连网络层：负责提供基本的数据封包传送功能，让每一块数据包都能够到达目的
主机（但不检查是否被正确接收），如网际协议（IP）。 ? 网络接口层：位于TCP/IP协议的最低层，它包括所有使得主机与网络可以通信的协议。TCP/IP协议没有为这一层定义具体的接入协议，以适应各种网络类型。它的功能主要是为通信提供了物理连接，屏蔽了物理传输介质的差异，在发送方将来自互连网层的分组透明地转换成了在物理传输介质上传送的比特流；在接收方将来自物理传输介质的比特流透明地转换成分组。
1..5 IP地址及域名地址
在Internet上，主机的网络地址起着至关重要的作用，因为当一台主机与另一台主机进行通信或访问对方的资源时，都必须先获得对方的地址才能进行通信。正如电话系统的工作原理一样，你要给对主打电话，你必须知道对方的电话号码，相反，如果对方要打电话给你，他也必须要知道你的电话号码。同样的道理，Internet上主机的网络地址是指连入
Internet的计算机的地址编号，用于标识一台计算机，必须注意的是，在Internet中的每一台计算机都有一个地址而且该地址是唯一的。
Internet的网络地址有两种表示形式：一种是机器可以识别的地址，就是IP地址，用数字表示，如：192.168.2.100；另一种便于记忆的地址，称为域名地址，用字符表示，如 www.21cn.com。下面分别介绍这两种形式的网络地址。
1．IP地址
1）IP地址的表示形式
IP地址的长度为32位（指二进制位），占4个字节，由4组数字组成，为了方便用户理解和记忆，通常采用X.X.X.X的格式来表示，每个X为8位二进制数，故每个X的取值范围是0-255，例如 192.168.1.2，这种格式的地址通常称为点为十进制地址。 2）IP地址的分类
就像电话号码一样分为区号和具体号码一样，我们把IP地址分为两个部分：网络标识和主机标识。
网络标识 ：同一物理网络上的所有主机都用同一个网络标识，网络上每一个主机都有一个主机标识与其对应。
主机标识 ：即为某个网络中特定的计算机号码。
例：一个主机服务器的IP地址为192.168.10.2，其中 网络标识为192.168.10.0，主机标识为2
IP地址共占4个字节32位，其一部分为网络标识，另一部分为主机标识。由于网络中所包含的计算机数量可能不一样多，人们按照网络规模的大小，把IP地址分为A、B、C、D、E五类，其中A、B、C类是三种主要的类型地址，D类IP地址用于多点广播，E类IP地址用于扩展备用地址。 （1）A类IP地址
在IP地址的4段号码中，第1段为网络标识，其余3段为主机标识。也就是说：A类IP地址由1字节的网络标识和3字节的主机标识组成。 网络地址的最高位必须是“0”，网络标识的长度为7位，主机标识的长度占24位。 A类IP网络地址数量较多，适用于大型网络，可用主机数达1600万多台。 （2）B类IP地址
在IP地址的4段号码中，前2段为网络标识，后2段为主机标识。也就是说：B类IP地址由2字节的网络标识和2字节的主机标识组成。 网络地址的最高位必须是“10”，网络标识的长度为14位，主机标识的长度为16位。 B类IP网络地址适用于中等规模网络，可用主机数达6万多台。 （3）C类IP地址
在IP地址的4段号码中，前3段为网络标识，最后1段为主机标识。也就是说：C
类IP地址由3字节的网络标识和1字节的主机标识组成。 网络地址的最高位必须是“110”，网络标识的长度为21位，主机标识的长度为8位。 C类IP网络地址数量较少，适用于小型局域网络，可用主机数最多254台。 （4）D类IP地址
D类IP地址第一个字节以“lll0”开始，它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络，目前这一类地址被用在多点广播（Multicast）中。多点广播地址用来一次寻址一
组计算机，它标识共享同一协议的一组计算机。 （5） E类IP地址
E类IP地址第一个字节以以“11110”开始，为将来使用保留，全零（“0。0。0。0”）地址对应于当前主机；全“1”的IP地址（“255.255.255.255”）则是当前子网的广播地址。
随着Internet的飞速发展，Internet上的主机数目不断的增大，目前使用的IP地址表示方式已显不足，现有的IP地址不能满足日益增长的主机数，即出现了IP地址的短缺现象。为了使更多的计算机或其它电器都能拥有自己的IP地址，人们提出了一种新的IP地址表示方式，6组数据（即48位二进制数）来表示网络IP地址，这样就可以从根本上解决了IP地址的短缺问题。
2．域名地址
1）域名地址的提出
上面说到IP地址是主机在Internet上的一个编号，直接使用IP地址就可以访问Internet中的其它主机，但由于IP地址采用数字表示网络地址，用户很难记住IP地址，为此，Internet提供了一种便于记忆的地址表示形式，即用字符来表示一个网络地址，如www.sina.com、www.263.net，在这种表示方式中，每一个用点号隔开的字符串都有一定的意义，并且书写也有一定的规律，使得用户很容易理解和方便记忆，这种形式的地址叫做域名地址。域名地址也称标准地址，它是一定意思的字符串来标识主机地址，IP 与域名地址两者相互对应，而且保持全网统一。注意：一台主机的IP地址是唯一的，即只能有一个IP地址，但它的域名数却可以有多个！对一般Internet用户而言，只要输入主机的域名地址就可以访问到对应的主机 。 2）域名地址的结构
Internet的域名结构是由TCP/IP协议集的域名系统（DNS）定义的，域名地址结构采用的是层次结构。域名的结构如下：
计算机名.组织机构名.网络类型名.最高层域名
由此我们看出，域名结构由若干个分量组成，各个分量之间用点隔开：?.三级域名.二级域名.顶级域名。各分量代表不同级别的域名，级别最低的域名写在最左边，级别最高的顶级域名则写在最右边。完整的域名不能够超过255个字符，一个域名可以包含下级域名的数目并没有明确的规定，各级域名由各自的上一级域名管理机构管理，而最高的顶级域名则由因特网的有关机构管理。
现在顶级域名有三大类：
（1） 国家级：遵循ISO3166的规定。如：.cn表示中国，.us表示美国，.uk表示英国，等等。
（2） 国际级：记为.biz，主要是用于国际性的商业组织，是.com的竞争者。 （3） 通用型：如.com表示公司，.net表示网络服务机构，.org表示非赢利性组织，.edu表示教育机构，等等。
在国家级的顶级域名下注册的二级域名由该国家自行决定。我国将二级域名划分为“类别域名”和“行政区域名”。其中常见的“类别域名”有：.gov表示政府机构，.edu表示教育机构，等等；行政区域名则用来表示我国的各省、自治区和直辖市（如.mail.dg.cn）。我国负责二级域名下申请三级域名（二级域名.ed除外）的机构叫做中国互联网网络中心CNNIC （China Internet Network Information Center）；申请二级域名.edu下的三级域名的机构是中国教育和科研计算机网络中心。
例如，中文新浪网的WEB服务器的域名地址表示如下：
www.sina.com.cn 这里，cn对应域名结构中的最高层域名，即中国，com对应域名结构中的网络类型名，这里为商业组织网，sina对应域名结构中的组织机构名，这里为新浪的英文简写，www对应域名结构中的计算机名，这里是WEB服务器的名字，完整的表述就是：中国商业网下的新浪公司WWW服务器。由此我们可以看出，如果用域名地址来表示中国新浪网的另一台服务器，如邮件服务器，这里假定它的名字为mail，则邮件服务器的域名地址应为：mail.sina.com.cn。 3）域名解析
域名解析就是将域名地址转换成IP地址的工作过程， 由安装有域名服务系统DNS（Domain Name System）的服务器完成域名解析工作，该服务器中存放了域名与IP地址的对照表（映射表）。
当您键入某个域名的时候，这个信息首先到达提供此域名解析的服务器上，再将此域名解析为相应网站的IP地址。完成这一任务的过程就称为域名解析。域名解析的过程是：当一台机器a向其域名服务器A发出域名解 析请求时，如果 A可以解析，则将解析结果发给 a，否则，A将向其上级域名服务器B发出解 析请求，如果B能解析，则将解析结果发给a，如果 B无法解析，则将请求发给再上一级域名服务器 C??如此下去，直至解析到为止。
1..6 Internet的工作原理
计算机网络是由许多计算机组成的，要实现网络的计算机之间传输数据，必须要作两件事，数据传输目的地址和保证数据迅速可靠传输的措施，这是因为数据在传输过程中很容易丢失或传错，Internet使用一种专门的计算机语言（协议），以保证数据安全、可靠地到达指定的目的地，这种语言分两部TCP（Transmission Control Protocol传输控制协议）和 IP （Internet Protocol网间协议）。
TCP/IP协议所采用的通信方式是分组交换方式。所谓分组交换，简单说就是数据在传输时分成若干段，每个数据段称为一个数据包，TCP/IP协议的基本传输单位是数据包，TCP/IP协议主要包括两个主要的协议，即TCP协议和IP协议，这两个协议可以联合使用，也可以与其他协议联合使用，它们在数据传输过程中主要完成以下功能：
1）首先由TCP协议把数据分成若干数据包，给每个数据包写上序号，以便接收端把数据还原成原来的格式。
2）IP协议给每个数据包写上发送主机和接收主机的地址，一旦写上的源地址和目的地址，数据包就可以在物理网上传送数据了。IP协议还具有利用路由算法进行路由选择的功能。
3）这些数据包可以通过不同的传输途径（路由）进行传输，由于路径不同，加上其它的原因，可能出现顺序颠倒、数据丢失、数据失真甚至重复的现象。这些问题都由TCP协议来处理，它具有检查和处理错误的功能， 必要时还可以请求发送端重发。简言之，IP协议负责数据的传输，而TCP协议负责数据的可靠传输。