計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第一章概述計算機(jī)：20世紀(jì)40年代誕生頭20年，計算機(jī)系統(tǒng)高度集中，主要是大型機(jī)以主機(jī)為中心的網(wǎng)絡(luò)隨著微機(jī)的普及，將大量分散的微機(jī)連接起來，就形成了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)：兩臺計算機(jī)若相互交換信息即稱互聯(lián)。連接介質(zhì)：銅線、光纖、微波，通信衛(wèi)星等。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)區(qū)別：分布式系統(tǒng)建立在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，多臺計算機(jī)的存在對用戶是透明的。而在網(wǎng)絡(luò)中用戶必須明確地指定在哪一臺機(jī)器上登錄；明確地遠(yuǎn)程遞交任務(wù)；明確指定文件傳輸?shù)脑春湍康牡?，還要管理整個網(wǎng)絡(luò)。在分布式系統(tǒng)中，不需要明確地指定這些內(nèi)容，系統(tǒng)會自動地完成而無須用戶的干預(yù)。兩者的區(qū)別更多地取決于軟件（尤其是操作系統(tǒng)）而不是硬件。

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

用于企業(yè)資源共享：目的是讓網(wǎng)絡(luò)上的用戶，無論他在什么地方，也無論資源的物理位置在哪里，都能使用網(wǎng)絡(luò)中的程序、設(shè)備，尤其是數(shù)據(jù)。高可靠性：依靠可替代的資源來實現(xiàn)。節(jié)約經(jīng)費：小型計算機(jī)比大型計算機(jī)有更高的性價比。C/S模型通信手段：為分布在各地的雇員提供通信能力。

服務(wù)于公眾訪問遠(yuǎn)程信息：例子：1、電子支付,網(wǎng)上銀行2、萬維網(wǎng)：瀏覽網(wǎng)頁，電子郵件，視頻會議3、娛樂：視頻點播、游戲社會問題網(wǎng)絡(luò)硬件

兩個分類標(biāo)準(zhǔn)：傳輸技術(shù)和規(guī)模

傳輸技術(shù)：廣播式網(wǎng)絡(luò)，點對點網(wǎng)絡(luò)廣播式網(wǎng)絡(luò)：僅有一條通信信道，由網(wǎng)絡(luò)上的所有機(jī)器共享。可進(jìn)行一對一通信或一對多通信。點對點網(wǎng)絡(luò)：由一對對機(jī)器之間的多條連接構(gòu)成。

規(guī)模——連接距離數(shù)據(jù)流機(jī)器：高度并行，多個處理單元為同一程序服務(wù)。位置在同一電路板上。多計算機(jī)：在非常短、速度很快的總線上發(fā)送消息進(jìn)行通信的機(jī)器。位于同一系統(tǒng)。局域網(wǎng)，城域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)局域網(wǎng)

LAN與其他網(wǎng)絡(luò)不同的三個特征：（1）范圍，（2）傳輸技術(shù)，（3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。LAN通常的傳輸技術(shù)：廣播式網(wǎng)絡(luò)；總線型，環(huán)型特點：傳輸延時低，出錯率低總線型：任意時刻只有一臺機(jī)器是主站并可以進(jìn)行發(fā)送。當(dāng)多臺機(jī)想發(fā)送，需要一種仲裁機(jī)制。該機(jī)制可以是集中式，也可以是分布式。例如，以太網(wǎng)就是分布式控制的總線廣播式網(wǎng)絡(luò)。環(huán)型：也需要一種仲裁機(jī)制根據(jù)信道的分配方式，廣播式網(wǎng)絡(luò)可進(jìn)一步劃分為靜態(tài)和動態(tài)。典型的靜態(tài)分配法：將時間分為離散的區(qū)間，采用循環(huán)算法，每臺機(jī)器使用自己的時間區(qū)間。動態(tài)分配法：集中，分散。

城域網(wǎng)廣域網(wǎng)無線網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)

各種網(wǎng)絡(luò)常常使用不同的硬件和軟件。網(wǎng)關(guān)：連接使用不同技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，并提供硬件和軟件的轉(zhuǎn)換?；ヂ?lián)網(wǎng)：互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)集合。常見的網(wǎng)絡(luò)是通過WAN連接起來的LAN集合。子網(wǎng)：通常在談到廣域網(wǎng)時才有意義，它指由網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營者擁有的路由器和通信線路的集合。在廣域網(wǎng)中，子網(wǎng)與主機(jī)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)。在局域網(wǎng)中，電纜和主機(jī)構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)，無子網(wǎng)的概念。

網(wǎng)絡(luò)軟件

協(xié)議分層

各層的設(shè)計問題

協(xié)議分層

協(xié)議：通信雙方關(guān)于通信如何進(jìn)行達(dá)成的一致。或者說是：定義同層對等實體之間交換的幀、分組和報文的格式及意義的一組規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：層和協(xié)議的集合?；蛘哒f：從整體角度抽象定義計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及各個網(wǎng)絡(luò)部件之間的邏輯關(guān)系和功能，給出協(xié)調(diào)工作的方法和計算機(jī)必須遵守的規(guī)則。協(xié)議棧：系統(tǒng)使用的協(xié)議列表，每層一個協(xié)議。

各層的設(shè)計問題

全雙工通信：數(shù)據(jù)能同時雙向傳輸。半雙工通信：數(shù)據(jù)能在任意一個方向上傳輸，但不能同時傳。單工通信：數(shù)據(jù)僅在一個方向上傳輸。差錯控制：物理鏈路非完美順序錯誤：存在先發(fā)后到的情況發(fā)送速度的控制：報文分割、傳輸和重新組裝多路復(fù)用：解多路復(fù)用：路由選擇：接口和服務(wù)實體：每一層中的活動元素。例如，軟件、硬件。對等實體：不同機(jī)器上同一層的實體。服務(wù)提供者：服務(wù)用戶：服務(wù)接入點SAP：接口數(shù)據(jù)單元IDU服務(wù)數(shù)據(jù)單元SDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU面向連接的服務(wù)無連接的服務(wù)服務(wù)質(zhì)量面向連接的可靠服務(wù)：報文序列，字節(jié)序列數(shù)據(jù)報服務(wù)：不可靠的無連接的服務(wù)（無確認(rèn)）有確認(rèn)的數(shù)據(jù)報服務(wù)問答服務(wù)：發(fā)送者傳送一個詢問數(shù)據(jù)報，應(yīng)答數(shù)據(jù)報包含回答。常用于C/S模式服務(wù)原語服務(wù)在形式上是由一組原語（或操作）來描述的。提供給用戶和其他實體使用。CONNECT.requestCONNECT.indicateCONNECT.responeCONNECT.confirm有證實的服務(wù)，包括4個原語。無證實的服務(wù)，包括請求和指示兩個原語。一個簡單的面向連接的例子。服務(wù)與協(xié)議的關(guān)系服務(wù)是各層向它上層提供的一組原語（操作）。不涉及操作如何完成。協(xié)議是定義同層對等實體之間交換的幀、分組和報文的格式及意義的一組規(guī)則。參考模型OSI參考模型TCP/IP參考模型OSI參考模型分層原則：根據(jù)不同層次的抽象分層。每層應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)一個定義明確的功能。每層功能的選擇應(yīng)該有助于制定協(xié)議的國際標(biāo)準(zhǔn)。各層邊界的選擇應(yīng)盡量減少跨過接口的通信量。層數(shù)適中。物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層物理層傳輸原始比特流。傳輸是否在兩個方向上同時進(jìn)行。連接的建立和終止。主要處理機(jī)械的、電氣的和過程的接口，物理介質(zhì)傳輸問題。物理層協(xié)議包括了一系列接口特性，有:機(jī)械連接、電氣信號、信號功能、交換電路的規(guī)程數(shù)據(jù)鏈路層為網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)一條無差錯線路。形成數(shù)據(jù)幀差錯控制流量控制雙向傳輸時需解決的問題控制對共享信道的訪問網(wǎng)絡(luò)層關(guān)系到子網(wǎng)的運行控制確定分組從源端到目的端的路由選擇路由表：靜態(tài)（可幾乎不變，也可會話開始時決定），動態(tài)（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況靈活決定）擁塞控制在子網(wǎng)中同時出現(xiàn)過多分組，將會相互擁塞。計帳功能跨越多個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的問題：尋址方式可能不同，分組可能太長而無法接收，使用的協(xié)議也可能不同傳輸層基本功能：從會話層接收數(shù)據(jù)，在必要時把它分成較小的單元，傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對方的各段信息正確無誤。會話層每請求建立一個傳輸連接，傳輸層就為其創(chuàng)建一個獨立的網(wǎng)絡(luò)連接。也可建立多個網(wǎng)絡(luò)連接提高吞吐量。傳輸連接復(fù)用：當(dāng)創(chuàng)建或維持一個網(wǎng)絡(luò)連接不合算，傳輸層可以將幾個傳輸連接復(fù)用在一個網(wǎng)絡(luò)連接上，以降低費用。向上層提供的服務(wù)可靠，不可靠；真正的“端到端”的層主機(jī)上可能有多個連接，每個連接要有個標(biāo)識來區(qū)分流量控制防止高速節(jié)點將低速節(jié)點淹沒；主機(jī)之間和路由器之間的流量控制不同。會話層允許不同機(jī)器上的用戶建立會話關(guān)系提供對某些應(yīng)用有用的增強(qiáng)服務(wù)會話管理會話：同時雙向，單向（任一時刻）令牌管理持有令牌才能執(zhí)行每種關(guān)鍵操作同步在數(shù)據(jù)流中插入檢查點表示層表示層關(guān)心的是所傳輸?shù)男畔⒌恼Z法和語義，而表示層以下各層只關(guān)心可靠地傳輸比特流。用一致同意的標(biāo)準(zhǔn)方法對數(shù)據(jù)編碼交換中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以用抽象的方式定義表示層管理抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且在計算機(jī)內(nèi)部表示法和標(biāo)準(zhǔn)表示法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。表示層的主要功能就是確定表示上下文，表示上下文是規(guī)定抽象語法和傳輸語法之間的對應(yīng)關(guān)系。

應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議TCP/IP參考模型互聯(lián)網(wǎng)層功能：使主機(jī)能將分組發(fā)往任何網(wǎng)絡(luò)，并使分組獨立地傳向目標(biāo)。分組可能亂序，若要按序接收，高層必須對分組排序。IP協(xié)議：互聯(lián)網(wǎng)層定義的正式分組格式和協(xié)議。設(shè)計問題：分組路由，避免組塞與OSI網(wǎng)絡(luò)層非常相似傳輸層功能：使源端和目的端主機(jī)上的對等實體可以進(jìn)行會話，和OSI的傳輸層一樣。TCP：面向連接，處理的是字節(jié)流，處理流量控制UDP：不可靠，無連接，無排序和流量控制能力，這些要由使用UDP的應(yīng)用程序完成。應(yīng)用層包含所有的高層協(xié)議例如，虛擬終端協(xié)議（TELNET）、文件傳輸協(xié)議（FTP）、簡單電子郵件協(xié)議（SMTP）、域名系統(tǒng)服務(wù)（DNS）、NNTP協(xié)議、HTTP協(xié)議OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較相似之處：都是基于獨立的協(xié)議棧的概念，層的功能也大致相似。關(guān)鍵差別：1、OSI模型使服務(wù)、接口、協(xié)議這3個概念之間的區(qū)別明確化了，而TCP/IP模型最初沒有明確區(qū)分。2、OSI模型產(chǎn)生在協(xié)議發(fā)明之前，沒有偏向于任何特定的協(xié)議，非常通用。而TCP/IP模型卻正好相反。3、層的數(shù)量不同。4、OSI模型在網(wǎng)絡(luò)層支持無連接和面向連接的通信，但在傳輸層僅有面向連接的通信，而TCP/IP模型在網(wǎng)絡(luò)層僅有一種通信模式（無連接），但在傳輸層支持兩種模式。網(wǎng)絡(luò)實例NovellNetware因特網(wǎng)因特網(wǎng)

因特網(wǎng)的前身是美國國防部的高級研究計劃局負(fù)責(zé)的一個網(wǎng)絡(luò)項目，因為高級研究計劃局（AdvancedResearchProjectsAgency）簡稱ARPA，因此這個網(wǎng)絡(luò)就以它命名為ARPANET。為什么研制這個網(wǎng)絡(luò)？

二十世紀(jì)六十年代正是冷戰(zhàn)高峰，國防部希望有一個能夠在核戰(zhàn)爭中幸免于難的網(wǎng)絡(luò)，而傳統(tǒng)的電路交換電話網(wǎng)絡(luò)不能滿足的它的要求。因為這種網(wǎng)絡(luò)太脆弱了，損失一條線路或開關(guān)，就會終止所有使用它們的會話。于是國防部指派它的研究部門ARPA來解決這個問題。

ARPA沒有科學(xué)家和實驗室。它通過資助和合同方式，讓技術(shù)思想比較有希望的公司和大學(xué)來完成。

當(dāng)時PaulBaran建議采用分組交換的思想。ARPA認(rèn)為國防部需要的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是分組交換網(wǎng)絡(luò)，由子網(wǎng)和主機(jī)組成。子網(wǎng)：由一些小型機(jī)組成，稱作接口信息處理機(jī)（IMP）。IMP由傳輸線連接。為了保證高可靠性，每臺IMP至少應(yīng)與兩臺其他IMP連接。網(wǎng)絡(luò)的每個節(jié)點由一臺IMP和一臺主機(jī)組成，處于同一間屋內(nèi)，由短線連接。ARPA以投標(biāo)方式選擇了BBN公司組建子網(wǎng)。BBN選擇了小型機(jī)DDP-316作為IMP，IMP由電話公司租用的56kb/s線路互連。軟件也被分成兩部分：子網(wǎng)軟件和主機(jī)軟件。子網(wǎng)軟件包括：IMP端的主機(jī)-IMP連接；

IMP-IMP協(xié)議；為了增強(qiáng)可靠性而設(shè)計的源IMP到目標(biāo)IMP的協(xié)議主機(jī)軟件包括：主機(jī)端的主機(jī)-IMP連接；主機(jī)-主機(jī)協(xié)議；應(yīng)用軟件

ARPANET在1969年只有四個節(jié)點，在隨后的3年里增長很快，見書P36頁的圖1-25。

后來發(fā)現(xiàn)ARPANet協(xié)議不適合于在多個網(wǎng)絡(luò)上運行，這導(dǎo)致了對協(xié)議的更深入研究，最后產(chǎn)生了TCP/IP模型和協(xié)議。為了鼓勵采用這些新的協(xié)議，ARPA給了BBN和加州大學(xué)伯克利分校幾個合同，以便把它們集成到BerkeleyUNIX中。有了TCP/IP，就可以把LAN很容易連接到ARPANET。

二十世紀(jì)七十年代末，美國國家科學(xué)基金會（NSF）注意到ARPANET在大學(xué)科研上的巨大影響，于是決定開設(shè)一個虛擬網(wǎng)絡(luò)CSNET，以BBN的一臺機(jī)器為中心，支持撥號入網(wǎng)，并且與ARPANET及其他網(wǎng)絡(luò)相連。到了1984年，NSF開始設(shè)計ARPANET的高速替代網(wǎng)，為了能打下堅實的基礎(chǔ)，NSF決定建立一個主干網(wǎng)以連接它的6個超級計算機(jī)中心，還資助了一些地區(qū)網(wǎng)絡(luò)，他們與主干網(wǎng)相連，允許數(shù)以千計的用戶訪問任何超級計算機(jī)，并且能相互通信。這個完整的網(wǎng)絡(luò)包括主干網(wǎng)和地區(qū)網(wǎng)，被稱為NSFNET。它通過IMP和卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)機(jī)房里的一臺fuzzball（由LSI-11微機(jī)組成，稱作模糊球）之間的連接而連通ARPANET。其他國家和地區(qū)也建立了和NSFNET相似的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)NSFNET和ARPANET互聯(lián)以后，很多地區(qū)網(wǎng)絡(luò)開始加入，并且開始與加拿大、歐洲和太平洋地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)連接。到了80年代中期，人們開始把互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)集合看成互聯(lián)網(wǎng)，后來就是因特網(wǎng)。它的大致組成為：主干網(wǎng)、中級（地區(qū)）網(wǎng)，如前所述NSFNET及類似網(wǎng)絡(luò)等；局域網(wǎng)（LAN）；主機(jī)和用戶等。因特網(wǎng)的層次因特網(wǎng)的發(fā)展歷史：

1969年，因特網(wǎng)的前身ARPANET在美國問世。1983年，ARPANET分解成兩個網(wǎng)絡(luò)，一個仍稱ARPANET，是民用科研網(wǎng)；另一個是軍用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)MILNET。1984年，ARPANET上的主機(jī)超過1000臺。1985年，美國國家科學(xué)基金會（NSF）圍繞其六個大型計算機(jī)中心建設(shè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1986年，NSF建成了美國國家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET，它是一個三級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)和校園網(wǎng)，覆蓋了全美國主要的大學(xué)和研究所。NSFNET后來接管了ARPANET，并改名為Internet。1987年，Internet上的主機(jī)超過1萬臺。1989年，NSFNET的主干網(wǎng)的速率達(dá)到1.544Mbit/s，即T1的速率，并成為因特網(wǎng)中的主要部分。（最初，NSFNET的主干網(wǎng)的速率僅有56kbit/s）1990年，ARPANET的實驗任務(wù)已經(jīng)完成，宣布關(guān)閉。1991年，因特網(wǎng)的范圍擴(kuò)大，不再局限于大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。許多公司接入到因特網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)上的通信量急劇增大。因特網(wǎng)的容量又滿足不了需要了，于是美國政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)轉(zhuǎn)交給私人公司來經(jīng)營，并開始對接入因特網(wǎng)的單位收費。1992年，Internet上的主機(jī)超過100萬臺。1993年，因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率達(dá)到45Mbit/s，即T3的速率。1996年，速率達(dá)到155Mbit/s的主干網(wǎng)vBNS（veryhigh-speedBackboneService）建成。1998年，速率達(dá)到2.5Gbit/s的主干網(wǎng)Abilene建成。1999年，美國的因特網(wǎng)主干網(wǎng)速率達(dá)到2.5Gbit/s。到此年底，因特網(wǎng)上注冊的主機(jī)超過1000萬臺。當(dāng)ARPANET發(fā)展成為因特網(wǎng)之后，公司和個人都想連接到因特網(wǎng)