任务2 Internet基本概念

一、什么是Internet

（一）互联网究竟是一张什么“网”

在现代生活中，人们经常会谈论“网购”“网聊”“网游”等话题，那么，你知道他们所说的“网”究竟是一张什么“网”吗？

其实，这张“网”并不是一张普通的网，也不是什么蜘蛛网，更不是一张渔网，而是一张覆盖全世界所有国家和地区的大“网”。可以想象一下，假如有一只巨型的蜘蛛，织成了一张团团包住整个地球的大“网”，这个大“网”就被称为“国际互联网”，简称“互联网”，如图2-2所示。

这张“网”通过无数条“线”把亿万台计算机连接起来，可以同时容纳约几十亿“网民”。国际电信联盟在2016年版《宽带状况报告》中指出，到2016年年底，全球互联网用户人数已近35亿，而中国互联网用户人数达7.21亿。

（二）互联网中的线究竟是一种什么“线”

互联网中的“线”，有的是看得见的电缆、光缆，包括海底光缆（如图2-3所示）、卫星（如图2-4所示），有的是看不见的微波。我们把这些“线”称为“信息高速公路”，在这条公路上飞奔的是文字、图像、声音、视频，它们能够在短短几秒钟内跨过万水千山，传到世界各地的计算机上。

全世界的网络是由许许多多大大小小的网络以各种不同的方式连接在一起的，这就是我们所说的“互联网”。

二、Internet的产生与发展

（一）互联网的产生与发展

1957年，苏联发射人类第一颗人造地球卫星“APUTNIK”，作为回应，美国国防部在1969年组建了一个命名为“阿帕网”（ARPAnet）的网络。当时建立这个网络的目的只是为了将美国的几个军事及研究用计算机主机连接起来，各地的大型计算机采用分组交换技术，通过专门的通信交换机和专门的通信线路相互连接。这个阿帕网就是互联网最早的雏形。到了1972年时，阿帕网上的网点数已经达到40个，彼此之间可以发送小文本文件（即现在的E-mail），同时也发现了通过把一台计算机（性能差的个人计算机）模拟成另一台远程计算机（高性能的大型计算机）的一个终端而使用远程计算机上的资源的方法，这种方法称为远程登录（Telnet）。

1985年，美国国家科学基金会（NSF）建立了15个超级计算中心及国家教育科研网，即用于支持科研和教育的全国性规模的计算机网络NSFnet，并以此作为基础，实现同其他网络的连接。NSFnet成为Internet上主要用于科研和教育的主干部分，代替了阿帕网的骨干地位。

1989年，MILnet（由ARPAnet分离出来）实现和NSFnet连接后，就开始采用Internet这个名称。自此以后，其他部门的计算机网相继并入Internet, ARPAnet就此宣告解散。

1990年商业机构开始进入Internet，使Internet开始了商业化的新进程，也成为Internet大发展的强大推动力。

1995年，NSFnet停止运作，Internet彻底商业化。随着商业网络和大量商业公司进入Internet，网上商业应用取得高速的发展，同时也使Internet能为用户提供更多的服务，使Internet迅速普及和发展起来。

现在Internet已发展多元化，不仅为科研服务，也进入了人们日常生活的各个领域。Internet在规模和结构上都有了很大的发展，已经发展成为一个名副其实的“全球网”。

网络的出现，改变了人们使用计算机的方式；而Internet的出现，又改变了人们使用网络的方式。Internet使计算机用户不再被局限于分散的计算机上，同时，也使他们脱离了特定网络的约束。任何人只要进入了Internet，就可以利用网络中和各种计算机上的丰富资源。

目前Internet用户已经遍及全球，有数十亿人在使用Internet，并且它的用户数还在以等比级数上升。Internet已成为人们生活、学习和工作中的一部分，就像人们每天都要吃饭一样。

（二）中国互联网的发展史

早在1987年，北京大学钱天白教授向德国发出第一封电子邮件，这标志我国开始进入国际互联网的行列（当时中国还未加入互联网）。

1990年10月，中国正式向国际互联网信息中心（InterNIC）登记注册了最高域名“CN”，从而开通了使用自己域名的Internet电子邮件。

1991年10月，在中美高能物理年会上，美方发言人怀特·托基提出把中国纳入互联网的合作计划。

1994年3月，中国终于获准加入互联网，并在同年5月完成全部联网工作。

1994年3月起，高能物理网IHEPnet、中科院教育与科研示范网、国家教委科研教育网、国家公共数据网及其他一些计算机网，先后完成同Internet的连接。

1995年后，出现商业性的Internet服务提供商（ISP）, Internet逐渐普及开来，商业化程度提高。

1995年5月，张树新创立第一家Internet服务供应商——瀛海威，中国的普通百姓开始进入Internet。

1997年，Internet相关资费下调，ISP服务优化，企业开始应用Internet。

2000年4—7月，中国三大门户网站搜狐、新浪、网易成功在美国纳斯达克挂牌上市。

2002年第二季度，搜狐率先宣布盈利，宣布Internet的春天已经来临。

2006年年底，市值最高的中国Internet公司腾讯的价值已经达到了60亿美元。到了2015年腾讯的价值已超过1000亿美元了。

Internet作为一种新技术活动，短短二十多年的发展给中国带来了巨大变化，而与Internet发达国家的差距也越来越小。在信息化浪潮中，中国Internet充分发挥后发优势，迎头赶上，已经取得了非常大的成绩。

三、Internet结构

（一）Internet体系结构

Internet的体系结构如图2-5所示。

Internet的主要设备有服务器、主机系统、桥、多协议的分组交换节点处理器（INP）、小型机、前端处理机、工作站、集线器、单协议路由器、多协议路由器、混合桥/路由器等。其中INP是联网的关键设备，它既是局域网互联的关键设备，又是广域网连接的重要设备。例如，对于像帧中继器和交换多兆位时间服务（SMDS）这些设施，INP提供了这些广域网服务和多协议局域网之间的交换。

某信息通过语音视频多媒体获得，通过集线器到多协议的分组交换节点处理器处理后，送入广域服务器处理，并通过多协议路由器送入数字卫星通信站通过卫星发射，或通过数字微波网发出到Internet。也可以再经INP处理后通过网桥送入局域网。

从Internet体系结构图中可知，在该结构中有一些网络连接设备，下面我们介绍几种常用设备。

（二）集线器

集线器（HUB）又称为集中器，它是连接网络上各个节点的一种装置，当网络的某个节点发生故障时，连接在集线器上的节点立即可以检测到，而且不影响网络上其他节点的正常工作，有利于网络的维护和故障排除，如图2-6所示。

集线器的产品很多，大致可分为独立式、叠加式、智能模块化式和高档交换式集线平台等类型。

（1）独立式。该类集线器主要是为了克服总线结构的网络布线困难和易出故障的问题而引入的。一般适用于小型网络，能支持8～24个工作站，可以利用串接方式连接多个扩充端口。

（2）叠加式。该类集线器采用叠加的方式将多个集线器通过一条高速链路连接而成，由4～8个集线器一个一个叠加起来，它只能支持一种局域网标准。一般适用于工作小组网络。

（3）智能模块化式。该类集线器采用了模块化结构，由机柜、电源、主干面板、插卡和管理模块等组成。一般适用于大型网络的主干集线器。

（4）高档交换式集线平台。该类集线器比智能模块化式集线器更进一步，主要作为各种新的网络技术的平台，既支持现有的网络，又支持未来新的交换技术。

（三）网桥

网桥的作用是连接两个同类的网络。例如，同一个单位多个不同的部门根据自己的需要选用了不同的局域网，而各个部门之间又需要交换信息、共享资源等，这就需要将多个局域网连接在一起。网桥最常见的用法是互联两个局域网，如图2-7所示。

网桥是可以在具有不同的数据链路层上实现不同网络的互联设备，它具有以下特征：

（1）网桥可以互联两个不同数据链路层协议、不同传输介质、不同传输速率的网络。

（2）网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联的网络之间的通信。

（3）网桥需要互联的网络在数据链路层以上采用相同的协议。

（4）网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互联网络的性能与安全性。

网桥的功能比中继器复杂，它不仅能实现信号的增加传输，而且具有信息收集、过滤、传送和数据链路层协议帧格式变换的功能，这些功能都是由网桥软件来实现的。

网桥工作时，首先读取一个网上的传送信息，并根据它的目的地址决定是否将该信息传送到另一个网。如果传送的信息不在同一个网上，网桥采用传送方式，将一个网的帧格式转换成另一个网的帧格式，进入另一个网上。反之，则采用过滤的方式，不让信息进入另一个网中。

（四）中继器

由于网络受最远距离的限制，当网络段超过最大传输距离时，需要增加一个设备来延伸该网络，这个设备称为中继器。中继器主要用于2个或2个以上的网络段的连接，如图2-8所示。

中继器的结构非常简单，没有软件，只是将物理层的信号增强，以便传输到另一个网络段，各个网络段属于同一个网络，各网络段上的工作站可共享处于某一网络段上的一个文件服务器。

（五）路由器

路由器是在网络层上实现多个网络互联的设备。如图2-9所示的4个不同的网络，由3个路由器进行互联。在这种结构中，局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，但数据链路层以上的高层要采用相同的协议。

路由器的功能比网桥更强，它除了具有网桥的全部功能外，还具有路径选择功能。即当要求通信的工作站分别处于两个局域网且两个工作站之间存在多条通路时，路由器能根据当时网络上的信息拥挤程度自动选择传输效率比较高的路径。例如，假设在图2-9中的网络1工作站A要与网络3工作站B之间进行信息传送。从图中可知传送信息的路径有2条，一条路径可以通过路由器1和路由器3到网络3中直接传送到工作站B；另一条路径可以通过路由器1、路由器2再到路由器3传送到网络3中的工作站B。那么，究竟走哪一条路径呢？这全靠路由器根据当时网络上信息拥挤的程度自动地选择传送效率较高的那一条路径。

（六）网关

网关又称为信关，它工作在OSI协议的传送层或更高层，用于连接不同体系结构的网络，或用于连接局域网与主机，如图2-10所示。

网关设备比路由器复杂，当异型局域网连接时，网关除具有路由器的全部功能外，还要进行由于操作系统差异而引起的不同协议之间的转换，这些功能均由网关软件来实现。由于网关连接的是不同体系的网络结构，它只能针对某一特定的应用而言，因此，不可能有万能的网关，只有用于电子邮件的网关，用于远程终端仿真的网关等。

四、Internet服务与IP地址

（一）Internet主要服务

Internet的服务可以分为基本服务和扩充服务两种，其中基本服务是指TCP/IP协议所包括的基本功能，主要有电子邮件（E-mail）、文件传输（FTP）、远程登录（Telnet）。扩充服务是指在TCP/IP协议基本功能的支持下，由某些应用软件或用户提供的服务，主要有研讨服务（如电子公告服务BBS、新闻组Newsgroup、电子杂志等）、名录服务（如Whoes、Netfind和X.500服务等）、信息查询服务（如Archie、WAIS、Gopher、WWW等）。

1．电子邮件（E-mail）

电子邮件是采用简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol, SMTP），利用网络交换文字信息的交互服务。

电子邮件的发送过程是：收、发双方之间建立一条TCP连接后，发信方先发出一个MAIL命令，其中指明发信者，以便收信方在需要时向其报告出错信息，再发一个RCPT命令来指出邮件的接收者。如果得知收信方能够接收邮件，发信方便可发DATA命令，后跟一串由ASCII字符行组成的信件，并由一个仅包含一个句号的行来表明结束。

电子邮件除了可以交换信件外，还可以用来查询信息。Internet上的一些信息咨询服务中心为了让用户也能查到它们提供的信息，编制了邮件服务器软件，当用户想向这些信息中心查询资料时，只要向其指定的电子邮箱发送一封含有一系信息查询命令的电子邮件，邮件服务器软件会自动读取、分析收到的电子邮件中的命令，并将其检索结果以电子邮件的形式发回到用户的电子信箱中。

2．文件传输（FTP）

FTP（File Transfer Protocol）是网际间的文件传输协议，它可使Internet上的两台主机互相传送文件，它几乎可以传送任何种类的文件，如文本文件、二进制文件、超文本文件、图像文件（图像文件的格式最好使用GIF和JPG）、声音文件、数据压缩文件等。

在传送信息时，用户需要填写网站名称、对方主机IP地址、用户名称、密码、登录类型、传输类型、初始远程目录、远端目录过滤目录、初始本地目录、本地目录过滤目录等内容。传送信息时可以通过FTP软件直接传送信息。

3．远程登录（Telnet）

Telnet是远程终端登录协议，它可以使自己的计算机成为Internet的远程计算机终端。用户在自己的主机上运行Telnet程序，就可以连接或登录到Internet上的某台远程主机上，一旦连接上，本地主机即可成为该远程主机上的一个分支终端，此时，本地主机可以调用远程主机上所提供的一切服务。在用户输入各种请求命令后，远程主机将会响应并提供服务，并将结果送回到用户终端屏幕上进行显示，也可以通过磁盘将其结果储存起来。

4．信息服务查询（WWW）

WWW（World Wide Web）称为万维网、全球信息网、世界网等。这是一种将Internet上现有资源全部连接起来的、采用图形界面的融网络技术、超文本技术和多媒体技术为一体的信息服务系统。

用户需要查询信息时，只要提出查询要求，至于到什么地方去查询及如何实现查询等，均由WWW自动完成。WWW软件以FTP的方式将文件调到用户机上，其文档采用超文本标注语言（HTML），除了可以浏览文本信息外，还可以显示与文本内容相配合的图像、影视和声音等信息，是目前Internet上最受欢迎的和最先进的服务之一。

（二）IP地址概念

我们知道在家里用一台普通的家用计算机，只要能上宽带网就可以在家中浏览全世界所有的网页，这是怎么一回事呢？

要了解Internet是怎么工作的，首先要知道Internet中是怎样存放计算机的，每一个在Internet中的计算机地址是怎样规定的。

假设某旅馆是一个四层楼房，共有客房16间，在某一时刻房间内入住旅客的人数如图2-11所示。

从图2-11中可知，101号房间住的是1名男性、102和103号房间住的是2名男性、104号房间住的是1名女性……我们将房间号称为地址，住在房间号（地址）内的人数称为数据，其属性有男性或女性、有1名也有2名甚至3名。

也就是说，地址（房间号）是一个确定不变的量，而地址内储存的数据（旅客）是一个不确定的可变的量，但是，一旦注册登记后，地址内住的旅客也就确定了。

我们可以将Internet中的计算机看成是住在一个具有几十亿个房间的旅馆里（当然，这个旅馆是分布在世界各个国家）的旅客，旅馆中的每一个房间存放着一台计算机，每一个房间中的计算机可以是任何品牌、任何型号、任何配置，就像旅馆中每一个房间中住的旅客可以是男性、可以是女性、也可以是夫妻一样。

那么，在Internet中的计算机地址是如何分配的呢？我们知道，Internet中具有几十亿位用户，每一位用户的地址都必须是唯一的，这就需要有几十亿个不同的地址，同时计算机只认识二进制所表示的数据，所以每一位用户分配到一个世界上唯一的32位用二进制数表示的Internet地址（Internet Protocol Address，简称IP Address），这一地址可用于与该计算机有关的全部通信，这个IP地址的格式是：使用二进制数来表示，其长度为32位，

以××××××××.××××××××.××××××××.××××××××格式表示，即将其分为4个8位二进制数，例如，10000111.01101111.00000101.00011011是某一个连接在Internet上计算机节点的IP地址，这种的IP地址称为二进制格式源IP地址。

为了便于用户和网管人员使用、掌握和记忆，我们将二进制格式转换为十进制格式，将每8位二进制数用一个十进制数表示，其值为0～255，并以小数点分隔。例如，将上例的二进制格式的IP地址表示为十进制格式：135.111.5.27。即使是这样，想要记住各个网站的IP地址也是很困难的事情。于是我们就想到了域名，域名是与IP地址建立关系的一种途径。

五、域名定义及管理

（一）Internet的域名定义

域名是为了方便用户访问Internet而设置的一套转换系统。同一个域名只能被注册一次，因此，Internet上的域名是稀缺资源；一个完美的域名由几个层次组成，不同层次之间用小圆点隔开。例如，某主机的IP地址为202.96.96.68，就意味着它的32位Internet地址是11001010.01100000.01100000.01000100。这样一组数据要人们记住是一件非常困难的事情，对人们来说，比较容易记住的是较有规律的反映某种特征的名字，例如，pub.zjpta. net.cn就代表了202.96.96.68，它的中文意思是中国浙江电信局公众开放的主机域名。

Internet的域名命名方式采用层次型的结构，即在主机命名中加入了层次型的结构，名字的层次对应于名字空间的管理机构的层次，其规则是：

（1）最高一级的名字空间划分是基于“国名”，即地理位置，例如，cn表示中国。要注意的是美国的域名通常不包含国名，这是因为Internet是以美国为发源地的缘故，在Internet中约定，如果该域名没有地理位置域，那么就默认为在美国。

（2）第二级的名字空间划分是基于“组织名”的，例如，net表示网络组织，com表示商业组织等。

（3）第三级的名字空间划分是基于主机的“本地名”的，例如，zj pta表示浙江省电信局。

（4）第四级的名字空间划分是基于“主机名”的，例如，pub表示其中的一台计算机名。

如图2-12所示是三个域名的例子，它们分别是：

① pub.zjpta.net.cn

② netlab.cs.nankai.edu.cn

③ ftp.microsoft.com

其中，第二个例子中的第四部分由两部分组成，一般对于较多主机的单位，命名时可以进一步地细分，例如，该例子中将第四部分的内容分成netlab和cs，其中netlab表示南开大学的网络实验室，而cs则表示南开大学的计算机系。

常见的组织域名如表2-1所示，常见的地理域名如表2-2所示。

（二）Internet域名管理

域名方案应包括一个高效、可靠、通用的分布系统，实现名字对地址的映射。系统是分布的，由分布在多个网点的一组服务器协同操作，解决映射问题。系统是高效的，大多数名字映射在本地操作，只有少数名字映射需要在Internet上通信。系统是通用的，因为它不限制于仅使用机器名。系统是可靠的，单台计算机故障不会影响系统的正确运行。

域名系统使用一个分布式主机信息数据库，它管理着整个Internet的主机名与IP地址。域名系统采用分层管理，因此，这个分布式主机信息数据库也是分层结构的，其结构像一个倒立的树。树中的每一个节点代表整个数据库的一个部分，即域名系统中的一个域。域可以进一步划分为子域，子域相当于树中一个分叉，即一个子节点。每个域都有一个域名，域名定义了它在数据库中的位置。一台Internet上的主机名全称是从一个叶节点沿树向上，直到根部的所有域名组成的域名序列。域名之间用“.”分隔开。

如图2-13所示的是一个树结构的域名服务器的概念布局。树的根是识别顶层域的服务器，并知道解析每个域的服务器。给定要解析的名字后，根可为该名字选择一个正确的服务器，并逐级往下搜索，最后将结果返回。

概念树中的连接并不表示物理网的连接，而是解析域名的一种逻辑连接。服务器树是用于Internet通信的一种抽象结构。从概念上讲，域名转换自上而下进行，从根服务器开始，逐级处理，直到树叶上的服务器。客户机必须知道如何与名字服务器联系，而域名服务器必须知道根服务器地址。域名服务器使用众所周知的协议端口通信，以便客户机方便地与域名服务器通信。