1.1_2 计算机网络的组成和功能

在这个视频中，我们会探讨计算机网络的组成和功能。我们会从三个视角去探讨计算机网络由哪些部分组成，其次，我们会简单的了解计算机网络的功能。

首先我们可以把计算机网络看作是由硬件、软件和协议共同组成的一个庞大复杂的系统。首先在硬件上主要由主机、通信设备和通信链路来组成。

比如这是一个计算机网络，其中包含了很多小的计算机网络，而这些小的计算机网络之间由路由器把它们连接起来，左边这朵云表示家庭网络，家庭网络当中可能会连接电脑、手机、电视这些设备，这些设备都属于主机的范畴。另外在一个公司网络当中可能会有更多样的主机连接这个网络比如一个监控摄像头、一台个人电脑以及一台服务器，这些都属于主机的范畴。在移动网络当中，有可能会有手机、智能汽车以及智能机器人等等各类的主机连入这个网络。这些东西也都属于主机的范畴，所有的这些主机都属于硬件，这些主机又称为端系统，英文叫end system，end指的是结尾、结束的意思，就是说这些东西是连接在网络的末端，所以主机又可以称为端系统，这些端系统接入计算机网络之后，需要通过通信设备以及通信链路才可以进行数据的传输，典型的通信设备就是路由器，另外，连接网络的线路，我们把它称为通信链路，主机、通信设备和通信链路都属于硬件的范畴。所以，所谓的硬件，其实就是我们在这个网络系统当中我们看得见，摸得着的那些东西，除了图中这些硬件之外，还有可能会有集线器、交换机、调制解调器等等各种各样的别的硬件，这地方就不再赘述。
这是硬件的部分，在有的硬件之上，我们会安装一些软件。比如说电脑、手机上面就会安装各种各样的很常使用的网络软件。另外像路由器这种设备，它也属于一台微型计算机，所以路由器也是可以安装软件的，只不过路由器里边安装的软件通常是为了实现网络通信，相比之下，电脑、手机里边安装的软件就会更丰富一些，比如像聊天软件，视频播放器等等，这是软件的部分。最后，计算机网络当中的这些节点要实现互联互通、互相通信，必须规定一些通信协议，并且在这个网络当中的这些节点需要实现通信协议。这种通信规则、通信协议通常是由软件和硬件共同实现的，为了让大家感受的更具体一点，这儿举一个例子，我们的手机、电脑以及各种各样的联网设备，内部其实都会安装一个小的芯片叫做网络适配器，民间通常把网络适配器称为网卡，这块芯片的作用就是把主机上面的数据发到网络上或者接收来自网络上的数据。

比如，这是一个有线网络适配器的长相，可以看到这边是插网线的网口，这个网络适配器可以接收从网线发来的数据也可以把数据发送到网线上。所以手机、电脑想要上网，离不开网络适配器这块芯片，如果大家使用的是Windows电脑，你可以去控制面板，网络和共享中心的地方，点进去看一下，有个选项叫更改适配器设置。进入这个选项，你就可以看到你电脑上安装的网络适配器的信息，比如说这是我电脑上的无线网络适配器，单击右键选属性就可以看到网络适配器的型号，以及它支持哪些协议，我的电脑上安装的是英特尔的AX201这个型号的网络适配器，这个网络适配器可以支持TCP/IP协议的第四个版本。在网络适配器出厂的时候，厂家通常会在这个适配器里边安装一些固件，所谓的固件就是一种特殊的软件，可以理解为厂家把这个软件安装在了这个网络适配器的一个ROM芯片里边。这个软件结合上网络适配器这个硬件的功能，就可以去实现某一类的网络协议，比如说TCP/IP协议。所以刚才我们说网络协议是由硬件和软件共同实现的，结合网络适配器以及这个适配器安装的固件，就可以理解这句话的意思。这是计算机网络的三个组成部分，分别是硬件、软件和协议。

接下来换一个角度来探讨计算机网络的组成，从工作方式上看，计算机网络由边缘部分和核心部分两部分组成。还是以刚才的图为例。

红色圈是核心部分，绿色圈是边缘部分，边缘部分主要由这些主机以及安装在主机上的软件组成，边缘部分直接为用户，也就是直接为人服务，而核心部分的服务对象是边缘部分的这些主机设备。
网络的核心部分为边缘部分的这些主机提供了联通性和交换服务。连通性很好理解，顾名思义就是说边缘部分的这些主机，它们之间是相互连通的，A可以给B发送数据，这是连通性。交换服务是什么意思呢？所谓的交换服务就是说当一个数据包想要从网络中的A点传送到B点的时候，计算机网络的核心部分会为这个数据包自动的选择一条合适的路径进行传送。举个例子：要从A这台电脑到B这台手机发送一个数据包，这个数据包会先通过家庭网络发送到就近的一个路由器上，接下来可以让这个数据包通过下面这条路径传送给B这个手机，当然也可以从上面这条路径，逐层传送给 B这台手机，那么到底要选择哪条路径？具体得看整个网络的负载，如果下面这台路由器的负载很高，那么这个数据包就有可能从上面这条路线发送给B这台手机。所以，所谓的交换服务，就是动态的去选择数据在网络当中传送的路径，以保证网络当中的各条线路都不会负载太重。所以交换服务本质上是对网络内部资源的一个动态配置、动态调整。实现交换服务的核心设备就是路由器，关于交换服务的细节，我们之后还会用一个视频来进一步探讨。这是从计算机网络的工作方式上看，它由边缘和核心两个部分组成。

最后一种分类方式，从逻辑功能上看，计算机网络由资源子网和通信子网这两个部分组成。其实这种分类方式和上一种分类方式非常类似。上一种分类方式当中提到的网络核心部分，它就是属于通信子网的范畴。通信子网是计算机网络当中负责计算机之间信息传输的部分。所有的通信设备和通信介质都属于通信子网的范畴，值得一提的是，在主机的内部，网络适配器这种硬件，以及一些底层的网络协议，它们的存在也是为了实现计算机之间的这种信息传输。

所以主机内部实现网络通信的这些底层硬件和底层软件，也属于通信子网的范畴。除此之外，在主机的内部，还有其他的硬件和软件，和实现网络通信无关的那些硬件和软件就属于资源子网的范畴，所以资源子网主要就是由连接到互联网上的这些主机组成，只不过在这些主机的内部底层的一些硬件和一些底层的软件是专门用于实现信息传输的，这些底层硬件和软件，我们应该把它看作是通信子网的部分，资源子网这个部分向用户提供了硬件软件和信息资源的共享，这是计算机网络的组成，我们从三个维度分别进行了讨论。

接下来，我们要了解计算机网络的功能，分别是数据通信、资源共享、分布式处理、提高可靠性、负载均衡和其他功能。

首先来看数据通信，这是计算机网络最基本，最重要的功能。如果计算机网络不支持数据通信，那么后面的任何一种功能都无法实现，所以数据通信是最基本，最重要的。除了数据通信之外，计算机网络还有资源共享的功能。

我们可以通过计算机网络去共享硬件资源、软件资源以及数据资源。分别举个例子，硬件资源的共享大家可以思考智能音箱，很多同学使用过智能音箱，我们可以用语音去控制智能音箱。这个智能音响在接收到你的语音之后，它并不是在本地进行处理，而是会把你的这个发送的指令传送给云端的服务器，云端的服务器拥有很强的算力，经过云端服务器的处理得到结果之后，再给智能音响返回结果，全国各地有很多人都在使用智能音响，所有的这些智能音响在接收到自己主人发来的语音指令之后，都是会把这个语音指令传送给云端的服务器，所以这种超强算力的云端服务器，它就是一种硬件资源。通过计算机网络的连接，我们实现了所有的这些智能音响终端对于服务器的硬件资源共享。

再来看软件资源共享，大家体会就更深刻了，我们现在所有的手机都有应用商店，我们可以在里边下载软件，这就是软件资源通过计算机网络实现了共享。

最后数据资源的共享，这个我们也很熟悉。比如说我拍了一个视频，视频是一种数据，我拍的视频就可以通过计算机网络和大家共享。

这是计算机网络的第二个功能资源共享，第三个功能分布式处理。跨考的同学可能不太了解分布式处理，我们来举个例子。

这是网络当中的四台计算机，我们可以把一个复杂的任务通过计算机网络分派给四台计算机，让它们分别处理任务的一部分。举个例子，我们在大学期间学过线性代数，线性代数当中的矩阵乘法就可以被拆分成多个子任务。比如说有A、B两个矩阵，分别都是n行、 n列，A、B两个矩阵相乘得到矩阵C，C矩阵也是 n 行 n 列。那么，要得到C矩阵的第i行第j列这个元素的值，我们需要做的就是把A矩阵的第i行和B矩阵的第j列，每个元素都相乘相加，相乘相加之后就可以得到i行j列元素的值。基于这个特性，我们是不是就可以把一个矩阵的乘法进行拆分？比如说把A这个矩阵的第一行到第五行和B这个矩阵进行相乘的处理。那么这个部分的运算是不是就可以得到C这个矩阵的第一行到第五行所有元素的值？这就是把一个大的任务拆分成了一个小任务，我们可以把这个小任务分派给其中的一台计算机，也就是说A这台计算机，它完成了C这个矩阵的第一行到第五行元素的计算，同样的道理，B这台计算机我们可以让它完成C矩阵的第六行到第十行元素的计算，以此类推。总之，一个复杂的任务，如果它的计算量特别大，我们可以利用计算机网络把这个任务拆分成多个子任务，把这些子任务分派给网络当中的多台计算机，这样的话，我们就可以减少这个复杂任务的处理时间，这就是所谓的分布式处理。这是计算机网络的第三个功能。

第四个功能提高可靠性。我们可以让网络当中的各台计算机互为替代机，从而提高可靠性。

比如某一个网盘软件的服务器，它可能是一堆服务器构建的一个网络，这个网络是怎么去提高可靠性的呢？我们用户会把自己的文件上传到网盘的服务器上。为了提高存储的可靠性，服务器A可能会向服务器B备份一份这个文件。也就是说，文件会存储两份，这样的好处就是如果服务器A哪一天损坏了，还可以从服务器B这儿给下载回来，所以我们的文件存储在网盘上，可靠性其实要比存储在我们自己的电脑上要更高，我们自己的电脑如果硬盘坏了，可能这个文件就真的丢失了。但如果你存储在网盘上，那么通常你的这个文件数据还会有冗余的备份。这是网络的第四个功能，可以提高可靠性。

第五个功能负载均衡，我们可以让网络当中的多台计算机共同分担繁重的任务。

举个负载均衡的例子，比如说某一个网络游戏，它有几百万的玩家，如果所有的玩家都连在同一台服务器上，那么这台服务器的负载就会特别高，光用一台服务器无法去响应、无法去处理这么多玩家发来的请求。在这种情况下，我们可以多开几台游戏服务器，A这台服务器专门负责玩家的对战匹配，比如说大家打王者荣耀或者打斗地主的时候，是不是都会有一个玩家匹配的环节？A这台服务器只负责玩家匹配这样一个简单的工作，比如说斗地主这个游戏，有三个玩家完成了这种对战匹配，那么此时如果服务器C比较空闲，它的负载不高的话，我们可以让这三个玩家去连接服务器 C，这样我们就通过计算机网络实现了这些服务器的负载均衡。这是计算机网络的第五个功能。最后，计算机网络还会有其他的一些功能，可以满足社会需求和生活需求。比如说远程办公、远程教育以及一些娱乐活动，这些例子大家都很熟悉，我们就不用再展开。