第1章緒論

1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.4本章小結(jié)

1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展

1.1.1早期分組交換原理的產(chǎn)生和發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第一個(gè)階段，即早期分組交換原理的產(chǎn)生和發(fā)展階段，從時(shí)間上大致可以劃分為1961—1972年。這一階段的主要工作是研究分組交換(packetswitching)的基本概念和主要技術(shù)。在20世紀(jì)60年代初期，電話網(wǎng)絡(luò)(telephonenetwork)是世界上主要的通信網(wǎng)絡(luò)。電話網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖钦Z音(voice)信息，假定在發(fā)送端與接收端之間以相對(duì)恒定的速率傳輸語音信息，電話網(wǎng)絡(luò)采用電路交換(circuitswitching)的方式將信息從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?。采用電路交換技術(shù)完成數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)歷電路建立、數(shù)據(jù)傳輸、電路拆除三個(gè)過程。數(shù)據(jù)傳輸期間，在發(fā)送端和接收端之間要建立和維持一條利用若干中間結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的專用物理連接線路，直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。在這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)的作用和影響力日益增強(qiáng)，特別是分時(shí)計(jì)算機(jī)(time-sharingcomputer)系統(tǒng)的出現(xiàn)迫使人們考慮是否能夠以及如何將計(jì)算機(jī)互聯(lián)起來，使分布在不同地域的用戶可以共享這些計(jì)算機(jī)。與前面提到的語音信息不同，互聯(lián)起來的計(jì)算機(jī)用戶之間的通信活動(dòng)通常是突發(fā)的(bursty)，通信活動(dòng)時(shí)有時(shí)無，斷斷續(xù)續(xù)。例如，一個(gè)用戶向某遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)發(fā)送一條命令之后隨即進(jìn)入等待應(yīng)答的狀態(tài)，或者對(duì)接收到的應(yīng)答進(jìn)行相應(yīng)的處理。針對(duì)互聯(lián)計(jì)算機(jī)通信的通信活動(dòng)呈現(xiàn)突發(fā)狀態(tài)這一特點(diǎn)，三個(gè)不同的研究團(tuán)隊(duì)開始研究電路交換的替代技術(shù)。這三個(gè)團(tuán)隊(duì)分別是美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的LeonardKleinrock、蘭德公司(Rand)的PaulBaran以及英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NationalPhysicalLaboratory，NPL)的DonaldDavies和RogerScantlebury。他們?cè)诨ハ嗖恢缹?duì)方研究?jī)?nèi)容的情況下各自展開了研究工作。這三個(gè)團(tuán)隊(duì)的研究成果就是分組交換技術(shù)。分組交換是電路交換的替代技術(shù)，它比電路交換更加有效，并且具有更強(qiáng)的健壯性。在這三組研究人員中，最先發(fā)表關(guān)于分組交換技術(shù)的研究成果的是LeonardKleinrock，當(dāng)時(shí)他還是麻省理工學(xué)院的一名研究生。LeonardKleinrock在其發(fā)表的研究論文中以排隊(duì)論為理論依據(jù)很好地證明了分組交換方法對(duì)突發(fā)通信的有效性。這三個(gè)團(tuán)隊(duì)所提出的分組交換的概念、原理和主要技術(shù)為今天的Internet奠定了理論基礎(chǔ)。在這一階段，具有里程碑式的驗(yàn)證性計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是著名的ARPAnet。前蘇聯(lián)在1957年發(fā)射了人類歷史上第一顆人造地球衛(wèi)星Sputnik，美國(guó)對(duì)其潛在的軍事用途深感擔(dān)憂，因而組建了旨在重新樹立美國(guó)在軍事科技研究和應(yīng)用方面領(lǐng)導(dǎo)地位的ARPA(AdvancedResearchProjectsAgency，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目局)。而在20世紀(jì)60年代主持ARPA計(jì)算機(jī)科學(xué)研究項(xiàng)目的是LeonardKleinrock在麻省理工學(xué)院的兩位同事—J.C.R.Licklider和LawrenceRoberts。在1967年，LawrenceRoberts發(fā)表了ARPAnet的總體設(shè)計(jì)方案。

ARPAnet是有史以來第一個(gè)基于分組交換原理的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，也是現(xiàn)在Internet的鼻祖。在ARPAnet中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)包含一臺(tái)主機(jī)(host)和一臺(tái)接口消息處理機(jī)(InterfaceMessageProcessor，IMP)。主機(jī)與IMP之間用很短的線路連接，安放在同一房間內(nèi)。用戶操作主機(jī)，主機(jī)主要負(fù)責(zé)與用戶交互，而IMP主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通信。IMP本質(zhì)上是一臺(tái)小型機(jī)(minicomputer)。當(dāng)時(shí)的IMP體形龐大，有一人多高。IMP與IMP之間用傳輸速率為56kb/s的傳輸線路互相連接。歷史上第一臺(tái)IMP于1969年在LeonardKleinrock的指導(dǎo)下安裝在加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)，之后不久又有三臺(tái)IMP陸續(xù)安裝到了斯坦福研究所(StanfordResearchInstitute，SRI)、加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校(UCSantaBarbara)和猶他大學(xué)(UniversityofUtah)。到1969年年底的時(shí)候，這個(gè)試驗(yàn)性的ARPAnet(現(xiàn)代Internet的前身)發(fā)展到具有四個(gè)結(jié)點(diǎn)的規(guī)模，如圖1.1所示。圖中的長(zhǎng)方形框代表主機(jī)，框內(nèi)標(biāo)明主機(jī)的型號(hào)，例如當(dāng)時(shí)安裝在UCLA的主機(jī)是一臺(tái)Sigma7大型機(jī)，而SRI的主機(jī)是一臺(tái)SDS-940型大型機(jī)。圖中的橢圓形框代表IMP，框內(nèi)標(biāo)明IMP所在地以及接入ARPAnet的順序，例如在UCLA安裝完第一臺(tái)IMP一個(gè)月之后，第二臺(tái)IMP安裝到了SRI。圖1.1僅有四個(gè)結(jié)點(diǎn)的ARPAnet結(jié)構(gòu)圖實(shí)際上，人類歷史上第一次使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的經(jīng)歷并不成功。在第二臺(tái)IMP安裝到SRI之后，人們把SDS-940大型機(jī)作為主機(jī)與該IMP連接到一起，并且由一名研究生編寫了主機(jī)與IMP之間的接口程序。一切準(zhǔn)備就緒，人們迫不及待地開始了人類歷史上第一次使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連通信的嘗試。當(dāng)時(shí)的想法是嘗試從UCLA結(jié)點(diǎn)向SRI結(jié)點(diǎn)進(jìn)行一次簡(jiǎn)單的遠(yuǎn)程登錄(remotelogin)。首先，UCLA的一名叫做CharlieKlein的本科生向SRI結(jié)點(diǎn)發(fā)出信息“你們收到L了嗎？”，從SRI結(jié)點(diǎn)傳來回答“是的”；接著，UCLA結(jié)點(diǎn)向SRI結(jié)點(diǎn)發(fā)出信息“你們收到O了嗎？”，從SRI結(jié)點(diǎn)傳來回答“是的”。一切看似正常。但就在這時(shí)，當(dāng)CharlieKlein按照預(yù)定的順序(L-O-G-I-N)向SRI結(jié)點(diǎn)發(fā)出“你們收到G了嗎？”的信息時(shí)，這個(gè)“G”字符剛剛輸入，不幸的事情發(fā)生了，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)崩潰了。到1972年的時(shí)候，ARPAnet已經(jīng)發(fā)展到將近15個(gè)結(jié)點(diǎn)。RobertKahn在1972年的國(guó)際計(jì)算機(jī)通信會(huì)議上首次對(duì)ARPAnet進(jìn)行了公開演示。隨著第一批IMP不斷接入到ARPAnet，越來越多的人開始嘗試在ARPAnet上做各種各樣的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而開發(fā)某種應(yīng)用。例如，最初被授權(quán)制造IMP的BBN公司的工程師RayTomlinson于1972年寫出了歷史上第一個(gè)電子郵件(email)程序，這個(gè)程序可以說是現(xiàn)在各種email程序的鼻祖。最初，RayTomlinson只是通過給自己發(fā)送電子郵件來測(cè)試其程序，至于程序本身則對(duì)外保密。但是沒過多久這個(gè)秘密不脛而走，email應(yīng)用深受網(wǎng)絡(luò)用戶的喜愛。因?yàn)樵诖酥?，人們相互之間發(fā)送消息(或郵件)僅限于在同一臺(tái)分時(shí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，而email是在ARPAnet上的不同計(jì)算機(jī)之間收發(fā)郵件，這和以往的應(yīng)用模式有著本質(zhì)區(qū)別，開辟了嶄新的應(yīng)用前景。于是，email很快風(fēng)靡整個(gè)ARPAnet。根據(jù)Kleinrock的報(bào)告，在當(dāng)時(shí)的ARPAnet中，email占用的網(wǎng)絡(luò)傳輸容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他任何網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。1.1.2網(wǎng)絡(luò)互連和專用網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第二個(gè)階段，即網(wǎng)絡(luò)互連和專用網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展階段，從時(shí)間上可以劃分為1972—1980年。在最初的ARPAnet出現(xiàn)之后，世界各地的研究者紛紛開始研究和構(gòu)建各自的分組交換網(wǎng)絡(luò)。從20世紀(jì)70年代初到70年代中期，各式各樣的專用分組交換網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生：ALOHAnet是一個(gè)連接夏威夷群島上多所大學(xué)的微波通信網(wǎng)絡(luò)；Telenet是BBN公司基于ARPAnet的技術(shù)構(gòu)建的一個(gè)商業(yè)用途的分組交換網(wǎng)絡(luò)；Transpac是一個(gè)法國(guó)的分組交換網(wǎng)絡(luò)；還有Tymnet，等等。這些專用的分組交換網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量開始迅速增長(zhǎng)。1973年，RobertMetcalfe的博士論文奠定了以太網(wǎng)(Ethernet)的理論基礎(chǔ)，在此之后，短距離傳輸?shù)木钟蚓W(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)得到了迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)數(shù)量飛速增長(zhǎng)。隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)量的高速增長(zhǎng)，如何將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連起來成為這一時(shí)期計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究的主要問題。在美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究項(xiàng)目局的資助下，VintonCerf和RobertKahn在網(wǎng)絡(luò)互連方面做出了開創(chuàng)性的工作。他們研究的核心問題是：如何構(gòu)建一個(gè)能夠包含多個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，換言之，如何構(gòu)建連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。事實(shí)上，當(dāng)時(shí)人們還專門創(chuàng)造出了“internetting”這個(gè)詞來描述網(wǎng)絡(luò)互連。他們研究的主要成果就是今天看到的Internet的三個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP、UDP和IP。經(jīng)過研究和實(shí)驗(yàn)，他們?cè)?0世紀(jì)70年代末從概念上確立了這三個(gè)關(guān)鍵性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在這一階段，除了VintonCerf和RobertKahn，許多其他的研究者也開展了網(wǎng)絡(luò)互連的研究工作。例如，NormanAbramson開發(fā)了ALOHAnet，這是一個(gè)基于分組的無線電網(wǎng)絡(luò)，它將分布在夏威夷群島上的多個(gè)遠(yuǎn)程結(jié)點(diǎn)互連起來，使其可以相互通信。作為ALOHAnet核心的ALOHA協(xié)議是有史以來第一個(gè)多路訪問協(xié)議(multiple-accessprotocol)，該協(xié)議允許多個(gè)分布在不同地域的用戶共享同一廣播式的通信介質(zhì)。此外，許多公司也研究開發(fā)了各種專用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

DEC公司于1975年發(fā)布了DECnet的第一版，在該網(wǎng)絡(luò)中，兩臺(tái)PDP-11小型機(jī)可以相互通信。在此之后DECnet不斷發(fā)展完善，后來ISO推出的OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相當(dāng)大的部分來源于在DECnet中研究與驗(yàn)證的概念和想法。同樣是在上世紀(jì)70年代，Xerox公司推出了XNS體系結(jié)構(gòu)，IBM公司推出了SNA體系結(jié)構(gòu)。這些不同的研究者和公司針對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連的早期研究工作都對(duì)后來80年代和90年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。1.1.3網(wǎng)絡(luò)的迅速增長(zhǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第三階段，即網(wǎng)絡(luò)的迅速增長(zhǎng)階段，從時(shí)間上可以劃分為1980—1990年。20世紀(jì)70年代末，ARPAnet的規(guī)模僅僅約為200臺(tái)主機(jī)，而到80年代末，連接到公共Internet(許許多多網(wǎng)絡(luò)相互連成的一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合體)上的主機(jī)數(shù)已經(jīng)增至10萬臺(tái)。因此，20世紀(jì)80年代是網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇增大的一個(gè)時(shí)期。網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展主要來源于幾個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)互連項(xiàng)目，這些項(xiàng)目的目的是構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將不同的大學(xué)互相連接起來。這些項(xiàng)目分別是BITnet、CSnet和NSFnet。BITnet(其縮寫最初含義為BecauseIt’sThereNetwork，后來演化為BecauseIt’sTimeNetwork)是由紐約市立大學(xué)(CityUniversityofNewYork，CUNY)的IraFuchs和耶魯大學(xué)(YaleUniversity)的GreydonFreeman建立的一個(gè)協(xié)作式大學(xué)網(wǎng)絡(luò)。BITnet主要為美國(guó)東北部的大學(xué)提供電子郵件和文件傳輸?shù)染W(wǎng)絡(luò)服務(wù)。該網(wǎng)絡(luò)的第一條網(wǎng)絡(luò)線路于1981年連接了CUNY和Yale兩所大學(xué)。CSnet(ComputerScienceNetwork，計(jì)算機(jī)科學(xué)網(wǎng))主要是為了將那些無法訪問ARPAnet的大學(xué)研究人員互連起來。NSFnet構(gòu)建于1986年，該網(wǎng)絡(luò)的主要目的是提供對(duì)NSF所資助的超級(jí)計(jì)算中心的訪問。NSFnet最初的主干網(wǎng)絡(luò)速度僅為56kb/s，而到20世紀(jì)80年代末其主干網(wǎng)絡(luò)速度達(dá)到1.5Mb/s，并且成為連接區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)的主要支撐網(wǎng)絡(luò)。與此同時(shí)，ARPAnet領(lǐng)域也成果顯著，許多構(gòu)成今天Internet體系結(jié)構(gòu)的基本要素都逐漸成形。1983年1月1日，TCP/IP協(xié)議替代原來的NCP協(xié)議，正式成為ARPAnet的新的標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)協(xié)議。從NCP協(xié)議過渡到TCP/IP協(xié)議，對(duì)于ARPAnet而言(進(jìn)而對(duì)現(xiàn)在的Internet而言)，是具有劃時(shí)代意義的事件。在那一天，ARPAnet網(wǎng)絡(luò)中所有的主機(jī)都必須從原先的NCP協(xié)議轉(zhuǎn)換成TCP/IP協(xié)議。DNS(DomainNameSystem，域名系統(tǒng))也于這一時(shí)期建立起來。DNS的功能是將人所易于理解和記憶的Internet地址名稱映射為純數(shù)字形式的32位IP地址。在這一階段，除了上述主要是美國(guó)人研究的BITnet、CSnet、NSFnet和ARPAnet等網(wǎng)絡(luò)之外，其他國(guó)家也對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，比較有代表性的是法國(guó)的Minitel項(xiàng)目。20世紀(jì)80年代初期法國(guó)啟動(dòng)了Minitel項(xiàng)目，計(jì)劃將數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶進(jìn)每個(gè)家庭。該項(xiàng)目由法國(guó)政府資助，Minitel系統(tǒng)包括一個(gè)公共分組交換網(wǎng)絡(luò)(基于X.25協(xié)議族，采用虛電路技術(shù))、Minitel服務(wù)器以及價(jià)格便宜的帶有內(nèi)置低速調(diào)制解調(diào)器的終端機(jī)。1984年，法國(guó)政府給每個(gè)需要的家庭配備了一臺(tái)免費(fèi)的Minitel終端機(jī)，這使Minitel項(xiàng)目獲得了極大的成功。在其巔峰時(shí)期，即20世紀(jì)90年代中期，Minitel網(wǎng)絡(luò)提供從家庭銀行服務(wù)到專業(yè)研究數(shù)據(jù)庫(kù)等超過兩萬種不同的服務(wù)。超過20%的法國(guó)家庭使用該網(wǎng)絡(luò)，每年產(chǎn)生超過10億美元的經(jīng)濟(jì)收入，并且創(chuàng)造出1萬個(gè)工作崗位。在大多數(shù)美國(guó)人聽說Internet之前10年，很多法國(guó)家庭就已經(jīng)在使用Minitel網(wǎng)絡(luò)了。目前Minitel網(wǎng)絡(luò)在法國(guó)仍廣為使用，但是也逐漸受到來自Internet的競(jìng)爭(zhēng)壓力。1.1.4網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化和萬維網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的第四階段，即網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化和萬維網(wǎng)階段，從時(shí)間上劃分為20世紀(jì)90年代至今。在這一時(shí)期，Internet繼續(xù)向前發(fā)展，并且很快進(jìn)入商業(yè)化階段。這一時(shí)期發(fā)生了兩件標(biāo)志性的事件。其一，現(xiàn)代Internet的始祖ARPAnet正式停止運(yùn)行。隨著越來越多的商業(yè)Internet服務(wù)提供商的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)逐漸從最初的ARPAnet過渡到Internet時(shí)代。其二，萬維網(wǎng)(WorldWideWeb，WWW)的出現(xiàn)。萬維網(wǎng)把Internet帶進(jìn)全球千百萬個(gè)家庭和企業(yè)。同時(shí)，萬維網(wǎng)還為成百上千種新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了平臺(tái)。從在線股票交易到網(wǎng)上銀行，從流媒體傳輸服務(wù)到在線信息檢索等，這些前所未有的新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)極大地改變了人們的工作和生活方式。在1989—1991年之間，CERN(歐洲核子研究組織，原名稱為法語，英文名稱為EuropeanOrganizationforNuclearResearch)的英國(guó)人TimeBerners-Lee，在20世紀(jì)40年代VannevarBush提出的基于關(guān)聯(lián)關(guān)系的信息存儲(chǔ)理論系統(tǒng)以及后來TedNelson

和DouglasEnglebart等人關(guān)于超文本(hypertext)技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，發(fā)明了萬維網(wǎng)。因?yàn)镃ERN是一個(gè)非常大的國(guó)際組織，包含了許許多多分布在全球各地的研究人員，因此，剛從牛津大學(xué)畢業(yè)的TimeBerners-Lee在CERN做臨時(shí)軟件顧問期間，寫了一個(gè)供其個(gè)人使用的叫做Enquire的程序，他將此程序稱為“替代記憶”(memorysubstitute)，用來幫他記住CERN實(shí)驗(yàn)室的各種人員和項(xiàng)目之間的關(guān)系。后來，他考慮在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)全球范圍的信息空間，將存儲(chǔ)在全球各地的計(jì)算機(jī)上的信息聯(lián)接起來，可以供全球任何地方的任何人訪問使用。

TimeBerners-Lee給他的上司寫了一份技術(shù)報(bào)告，名為“信息管理：研究提案”(InformationManagement:AProposal)，上司在他的這份報(bào)告上批注道“不甚明確，但令人激動(dòng)”。此后，TimeBerners-Lee和他的同事們相繼研究和開發(fā)了最初版本的HTML、HTTP、Web服務(wù)器和Web瀏覽器，而這些正是萬維網(wǎng)的四個(gè)核心技術(shù)。到1992年年末，全球共有大約200個(gè)Web服務(wù)器，這些服務(wù)器只是即將到來的萬維網(wǎng)熱潮的冰山一角。隨著GUI瀏覽器的推出，例如Mosaic和Netscape瀏覽器，越來越多的人開始使用Web瀏覽器上網(wǎng)，大大小小的公司開始構(gòu)建和運(yùn)行其Web服務(wù)器并且進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)商務(wù)活動(dòng)。在1996年，軟件巨頭微軟公司開始大舉進(jìn)入萬維網(wǎng)領(lǐng)域。除了萬維網(wǎng)的發(fā)展，在20世紀(jì)90年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)工作還在其他領(lǐng)域取得了顯著的進(jìn)展，如高速路由器和路由算法研究、局域網(wǎng)技術(shù)研究、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)研究以及網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)管理等。1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

1.2.1根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)特性，因此根據(jù)網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類是最常見也是最重要的一種分類方法。一般而言，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信信道有兩類：廣播式(broadcast)通信信道和點(diǎn)到點(diǎn)式(point-to-point)通信信道。廣播式通信信道的特點(diǎn)是多個(gè)結(jié)點(diǎn)共享同一個(gè)公共的通信線路，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)，多個(gè)結(jié)點(diǎn)可以同時(shí)接收該數(shù)據(jù)，即所謂的一發(fā)多收。而對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)式通信信道而言，一條通信線路只能連接一對(duì)結(jié)點(diǎn)。在由點(diǎn)到點(diǎn)式通信信道構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)從源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)可能要經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)的中轉(zhuǎn)。相比之下，對(duì)于由廣播式通信信道構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，由于通信信道由網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點(diǎn)共享，因此，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)包，其他結(jié)點(diǎn)都可以接收，無需中間結(jié)點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中通信信道的兩種不同類型，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)分為廣播式和點(diǎn)到點(diǎn)式兩種。相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也可以分為兩類：廣播式網(wǎng)絡(luò)(broadcastnetwork)和點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)(point-to-pointnetwork)。

1.廣播式網(wǎng)絡(luò)在廣播式網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)數(shù)據(jù)包中都含有一個(gè)地址字段，標(biāo)明該數(shù)據(jù)包的接收者，即目的地址。當(dāng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，首先檢查該數(shù)據(jù)包的目的地址字段。如果這個(gè)結(jié)點(diǎn)就是此數(shù)據(jù)包的目的結(jié)點(diǎn)，該結(jié)點(diǎn)對(duì)此數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的處理；如果此數(shù)據(jù)包是發(fā)給其他結(jié)點(diǎn)的，該結(jié)點(diǎn)則忽略此數(shù)據(jù)包，將其丟棄。廣播式網(wǎng)絡(luò)中的通信模式好似在候機(jī)大廳里廣播找人的情形。許多人都聽到該廣播找人的消息，但是只有被找的那個(gè)人才對(duì)這一消息產(chǎn)生反應(yīng)并做出進(jìn)一步處理，而其他人則忽略該消息。除了上述的單一目的地址方式之外，廣播式網(wǎng)絡(luò)還允許其他形式的定址方式?？梢栽跀?shù)據(jù)包的目的地址字段設(shè)定某個(gè)特殊的代碼，含有這個(gè)特殊代碼的數(shù)據(jù)包發(fā)出之后，該廣播式網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點(diǎn)都會(huì)接收并處理該數(shù)據(jù)包，這種操作模式稱為廣播(broadcasting)。此外，有的廣播式網(wǎng)絡(luò)還支持將數(shù)據(jù)包發(fā)送給該網(wǎng)絡(luò)中的部分結(jié)點(diǎn)，即該廣播式網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)的某個(gè)子集，這種工作模式稱為多播(multicasting)。

2.點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)在點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)中，由于每條通信線路只連接一對(duì)結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的通信只有兩種情況：如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間存在一條直接連接的通信線路，則直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；如果兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間不存在直接連接的通信線路，則必須經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。對(duì)于中間結(jié)點(diǎn)而言，它可以對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行的處理只有三種：接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)，通常在源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)之間可能會(huì)存在多條數(shù)據(jù)通路，而且各條數(shù)據(jù)通路的長(zhǎng)度及其他傳輸性能各有不同。因此，如何在多種可能的數(shù)據(jù)通路當(dāng)中選擇好的路線對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)非常重要，路由選擇算法主要研究此類問題。與廣播式網(wǎng)絡(luò)不同，采用分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制和路由選擇算法是點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)主要技術(shù)特點(diǎn)，也是點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)和廣播式網(wǎng)絡(luò)的重要區(qū)別。由于點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)中的通信線路只連接一對(duì)結(jié)點(diǎn)，因此數(shù)據(jù)傳輸僅在單個(gè)源結(jié)點(diǎn)和單個(gè)目的結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，這種工作模式也被稱為單播(unicasting)。1.2.2根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍和規(guī)模分類另外一種網(wǎng)絡(luò)分類方法是按照網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的范圍和規(guī)模來分類。在這種分類方法中，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在不同的距離往往采用不同的技術(shù)，因此，距離是一個(gè)很重要的分類度量依據(jù)。表1.1列出了按照處理器之間的物理距離和整個(gè)系統(tǒng)的尺度規(guī)模來劃分的多處理器系統(tǒng)的分類。表1.1按照規(guī)模劃分的多處理器系統(tǒng)的分類

1.個(gè)域網(wǎng)(PAN)個(gè)域網(wǎng)(PersonalAreaNetwork，PAN)是一個(gè)較新的概念，目前有多種翻譯，如“個(gè)人網(wǎng)”、“個(gè)人局域網(wǎng)”。本書認(rèn)為，按照傳統(tǒng)的局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的翻譯習(xí)慣，譯為“個(gè)域網(wǎng)”更加系統(tǒng)連貫，便于理解和記憶。個(gè)域網(wǎng)顧名思義是為單個(gè)人使用而構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，它是指由個(gè)人范圍內(nèi)(隨身攜帶或數(shù)米之內(nèi))的計(jì)算設(shè)備(例如計(jì)算機(jī)、電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)等等)組成的通信網(wǎng)絡(luò)，個(gè)域網(wǎng)既可用于這些設(shè)備之間相互交換數(shù)據(jù)，也可用于連接到高層網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)。個(gè)域網(wǎng)可以廣泛應(yīng)用于各種公共場(chǎng)所，例如家庭、辦公室、汽車內(nèi)等等。個(gè)域網(wǎng)可以是有線的，例如USB或者Firewire(IEEE1394)總線；也可以是無線的，例如紅外或藍(lán)牙。個(gè)域網(wǎng)的核心是實(shí)現(xiàn)個(gè)人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個(gè)人化的信息網(wǎng)絡(luò)。個(gè)域網(wǎng)能夠使各種互聯(lián)的設(shè)備在個(gè)人范圍內(nèi)相互通信。一個(gè)簡(jiǎn)單的個(gè)域網(wǎng)的例子是連接一臺(tái)計(jì)算機(jī)及其外部設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)。幾乎每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)和打印機(jī)等外部設(shè)備，如果不用無線連接技術(shù)的話，這些外部設(shè)備必須用各種線纜與計(jì)算機(jī)連接。對(duì)于許多新的計(jì)算機(jī)用戶而言，找到各種外部設(shè)備的正確的連接線纜并將其插入正確的計(jì)算機(jī)接口往往非常麻煩，并且容易出錯(cuò)。為了幫助這些用戶，一些公司共同設(shè)計(jì)了一個(gè)叫做藍(lán)牙(Bluetooth)的短距離范圍內(nèi)的無線網(wǎng)絡(luò)，通過這種藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種外部設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)上，無需線纜。也就是說，如果某設(shè)備支持藍(lán)牙，那就無需線纜。用戶所需要做的僅僅是把這種支持藍(lán)牙的設(shè)備放在計(jì)算機(jī)附近，打開該設(shè)備的電源，隨即該設(shè)備和計(jì)算機(jī)就自動(dòng)互連并一起工作了。對(duì)大多數(shù)用戶而言，這種易操作性當(dāng)然是一大優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)最簡(jiǎn)單的工作模式是如圖1.2所示的主從模式。在圖1.2所示的主從模式的藍(lán)牙個(gè)域網(wǎng)中，計(jì)算機(jī)通常是該系統(tǒng)中的主(master)，而其他的外部設(shè)備，例如圖中的鼠標(biāo)、鍵盤、打印機(jī)等是系統(tǒng)中的從(slave)。在個(gè)域網(wǎng)中，由主告知從所使用的地址、進(jìn)行廣播通信的時(shí)間、傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)通信采用的頻段等信息。藍(lán)牙個(gè)域網(wǎng)亦可應(yīng)用于許多其他的情景，例如將耳麥與手機(jī)進(jìn)行無線連接，或者將個(gè)人數(shù)字音樂播放器與汽車音響進(jìn)行無線連接等。此外，藍(lán)牙技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域也有很多潛在的應(yīng)用，例如助聽器、植入患者體內(nèi)的心臟起搏器等嵌入式醫(yī)療設(shè)備就是另外一種個(gè)域網(wǎng)。￥圖1.2藍(lán)牙個(gè)域網(wǎng)的主從式工作模式

2.局域網(wǎng)(LAN)

比個(gè)域網(wǎng)規(guī)模更大一些的是局域網(wǎng)(LocalAreaNetwork，LAN)。局域網(wǎng)通常是一個(gè)私有的網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋范圍常常限于一棟樓宇之內(nèi)或在其附近，例如一個(gè)家庭、一個(gè)辦公室或一個(gè)工廠。局域網(wǎng)被廣泛用于連接個(gè)人電腦和個(gè)人消費(fèi)電子設(shè)備，使其能夠共享資源(如打印機(jī))以及交換信息。從網(wǎng)絡(luò)所采用的傳輸技術(shù)上分，局域網(wǎng)可分為無線局域網(wǎng)(wirelessLAN)和有線局域網(wǎng)(wiredLAN)兩類。目前無線局域網(wǎng)非常流行，特別適合于家庭、舊廠房、餐廳等不便于鋪設(shè)網(wǎng)線的環(huán)境。在無線局域網(wǎng)中，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有一個(gè)無線調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)天線，計(jì)算機(jī)使用它們與網(wǎng)絡(luò)中其他的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。在大多數(shù)情況下，無線局域網(wǎng)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)都和網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信，如圖1.3所示。該設(shè)備就是接入點(diǎn)(AccessPoint，AP)，也稱為無線路由器，或稱為基站(basestation)。接入點(diǎn)的功能是在無線局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)之間以及無線局域網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)與Internet之間進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的中繼。當(dāng)然，如果與無線局域網(wǎng)內(nèi)其他的計(jì)算機(jī)距離足夠近的話，計(jì)算機(jī)之間也可以對(duì)等方式直接相互通信。圖1.3無線局域網(wǎng)(IEEE802.11)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖目前，國(guó)際上廣泛使用的無線局域網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)是由IEEE制定的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)。通常人們也把該標(biāo)準(zhǔn)稱為WiFi(WirelessFidelity)。事實(shí)上，WiFi是一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的品牌，由WiFi聯(lián)盟(WiFiAlliance)所持有，它是一種可以將個(gè)人電腦、各種手持設(shè)備(如PDA、手機(jī))等終端以無線方式互相連接的技術(shù)，其目的是改善基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間的互通性。但是，現(xiàn)在人們常常把WiFi和IEEE802.11等同起來。目前，遵循IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)的網(wǎng)速?gòu)膸资孜幻棵?1Mb/s?=?1000000b/s)到幾百兆位每秒不等。相對(duì)于無線局域網(wǎng)，有線局域網(wǎng)采用了許多不同的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。大多數(shù)有線局域網(wǎng)使用銅質(zhì)線纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，也有一些有線局域網(wǎng)使用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。局域網(wǎng)的覆蓋范圍和規(guī)模都是有限的，這意味著網(wǎng)絡(luò)在最差情況下的傳輸時(shí)間是有上限的，也是預(yù)先可知的，了解這些傳輸時(shí)間的上限對(duì)于設(shè)計(jì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很有幫助。有線局域網(wǎng)的網(wǎng)速較高，通常在100Mb/s～1Gb/s(1Gb/s?=?1000000000b/s)之間，有些新型的有線局域網(wǎng)的網(wǎng)速可以達(dá)到10Gb/s；網(wǎng)絡(luò)延遲較低，通常為微秒或納秒級(jí)；可靠性較高，傳輸差錯(cuò)非常少。由此可見，相對(duì)于無線局域網(wǎng)，有線局域網(wǎng)在網(wǎng)速、傳輸遲延、傳輸可靠性等方面均具有更高的性能表現(xiàn)。換言之，通過銅質(zhì)線纜或光纖傳輸信號(hào)比通過空氣傳輸信號(hào)要更加容易。許多有線局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都是由點(diǎn)到點(diǎn)式的連接構(gòu)成的。例如，IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的局域網(wǎng)，即通常所稱的以太網(wǎng)(Ethernet)，就是最常用的一種有線局域網(wǎng)。圖1.4給出了一個(gè)典型的交換式以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中每臺(tái)計(jì)算機(jī)都使用Ethernet協(xié)議并通過點(diǎn)到點(diǎn)方式連接到一臺(tái)交換機(jī)(switch)上。正是由于交換機(jī)在此類網(wǎng)絡(luò)中的樞紐作用，常把這種以太網(wǎng)稱為交換式以太網(wǎng)。一臺(tái)交換機(jī)有多個(gè)端口(port)，每個(gè)端口可以連接一臺(tái)計(jì)算機(jī)。交換機(jī)的職責(zé)就是在連接到該交換機(jī)的各個(gè)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)分組的中繼。在此過程中，交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)分組中的地址信息來決定將該數(shù)據(jù)分組發(fā)送給哪一臺(tái)計(jì)算機(jī)。圖1.4交換式以太網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖由于單個(gè)交換機(jī)的端口數(shù)量是有限的，因此由單個(gè)交換機(jī)組成的局域網(wǎng)的規(guī)模受到端口數(shù)的限制。為了組建更大規(guī)模的局域網(wǎng)，可以采用多個(gè)交換機(jī)級(jí)聯(lián)的方式，就是將多個(gè)交換機(jī)通過其端口互相連接起來，從而有效地?cái)U(kuò)大局域網(wǎng)覆蓋的范圍與規(guī)模。相反，也可以把一個(gè)規(guī)模較大的物理上的單個(gè)局域網(wǎng)劃分成兩個(gè)或者多個(gè)規(guī)模較小的邏輯上的小局域網(wǎng)。這樣的劃分有什么作用和意義呢？現(xiàn)實(shí)生活中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的分布情況與使用該網(wǎng)絡(luò)的單位的組織結(jié)構(gòu)并不匹配。例如某公司的研發(fā)部和市場(chǎng)部的計(jì)算機(jī)由于位于同一層樓或相距較近而同處于一個(gè)物理上的局域網(wǎng)內(nèi)。但是，從管理和業(yè)務(wù)處理的角度，最好能將這兩個(gè)不同的部門劃分開，使每個(gè)部門都有邏輯上的自己的局域網(wǎng)，這樣的網(wǎng)絡(luò)稱為虛擬局域網(wǎng)(VirtualLAN，VLAN)。在虛擬局域網(wǎng)中，每個(gè)端口都被標(biāo)上某種顏色，例如綠色端口代表研發(fā)部的計(jì)算機(jī)，而紅色端口代表市場(chǎng)部的計(jì)算機(jī)。有了這種機(jī)制，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的時(shí)候就可以把與綠色端口相連的計(jì)算機(jī)和與紅色端口相連的計(jì)算機(jī)區(qū)分開來。從而由紅色端口發(fā)出的廣播分組數(shù)據(jù)不會(huì)被與綠色端口相連的計(jì)算機(jī)接收。從整體效果上看，好像這個(gè)公司的研發(fā)部和市場(chǎng)部分別有兩個(gè)各自獨(dú)立的局域網(wǎng)一樣。除了圖1.4所示的交換式以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之外，有線局域網(wǎng)還有其他的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式。事實(shí)上，交換式以太網(wǎng)是最初以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)現(xiàn)代版本。最初設(shè)計(jì)的以太網(wǎng)是將所有的分組在單一的線形線纜上進(jìn)行廣播傳輸。在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，任何時(shí)刻最多只能有一臺(tái)計(jì)算機(jī)成功地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，遇到?jīng)_突的時(shí)候采用一種分布式仲裁機(jī)制來解決沖突。以太網(wǎng)采用的算法非常簡(jiǎn)單，只要數(shù)據(jù)線為空閑計(jì)算機(jī)即可傳輸數(shù)據(jù)。一旦發(fā)生沖突，即兩個(gè)或多個(gè)分組碰巧要同時(shí)進(jìn)行傳輸，發(fā)生沖突的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)必須停止當(dāng)前的數(shù)據(jù)發(fā)送活動(dòng)，等待一段隨機(jī)長(zhǎng)度的時(shí)間之后再嘗試重新發(fā)送數(shù)據(jù)。對(duì)于廣播式的局域網(wǎng)，無論是無線局域網(wǎng)還是有線局域網(wǎng)，都可以根據(jù)如何分配通信信道分為靜態(tài)分配策略和動(dòng)態(tài)分配策略兩類。典型的靜態(tài)分配策略通常將時(shí)間劃分為離散的時(shí)間片，并采用輪轉(zhuǎn)算法(Round-RobinAlgorithm)進(jìn)行信道分配，即只允許分配給自己的時(shí)間片到來的計(jì)算機(jī)使用通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播。靜態(tài)分配策略的缺點(diǎn)很明顯，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在空閑結(jié)點(diǎn)時(shí)，信道利用率會(huì)顯著降低。當(dāng)分配的時(shí)間片到來時(shí)，該空閑計(jì)算機(jī)沒有數(shù)據(jù)發(fā)送，從而浪費(fèi)了整個(gè)時(shí)間片，導(dǎo)致系統(tǒng)整體的信道利用率下降。由于靜態(tài)信道分配策略不可避免地具有上述信道利用率低的缺點(diǎn)，多數(shù)廣播式網(wǎng)絡(luò)采用動(dòng)態(tài)信道分配策略。動(dòng)態(tài)信道分配方法分為集中式和非集中式兩種。對(duì)于集中式動(dòng)態(tài)信道分配方法，系統(tǒng)中有一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體，如手機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的基站，該實(shí)體負(fù)責(zé)決定接下來該由哪一個(gè)結(jié)點(diǎn)使用通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。例如，該實(shí)體在接收到多個(gè)分組后，根據(jù)某種內(nèi)部預(yù)先設(shè)計(jì)好的算法給不同的分組賦予不同的優(yōu)先級(jí)，通過分組優(yōu)先級(jí)的高低來分配信道。與此相對(duì)，對(duì)于非集中式動(dòng)態(tài)信道分配方法，系統(tǒng)中不存在上述的中心結(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)中的每一個(gè)結(jié)點(diǎn)必須自己決定發(fā)送數(shù)據(jù)與否，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多算法來保證采用非集中式動(dòng)態(tài)信道分配機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)不陷入人自為戰(zhàn)的沖突和混亂局面。

3.城域網(wǎng)(MAN)比局域網(wǎng)規(guī)模更大一些的是城域網(wǎng)(MetropolitanAreaNetwork，MAN)，其規(guī)模通常是覆蓋一個(gè)城市。城域網(wǎng)最好的例子就是現(xiàn)在許多城市都有的有線電視網(wǎng)絡(luò)。有線電視網(wǎng)絡(luò)起源于早期的社區(qū)電視天線系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)由于許多區(qū)域電視信號(hào)接收效果不佳，往往在附近地勢(shì)相對(duì)較高的地方(如山頂)架設(shè)一個(gè)很大的電視天線，由它把電視信號(hào)傳送到周邊的家庭中。最初，這些社區(qū)電視天線系統(tǒng)都是一些基于本地設(shè)計(jì)的定制系統(tǒng)。后來，大型商業(yè)企業(yè)進(jìn)入有線電視領(lǐng)域，和地方政府簽訂合同，承包將整個(gè)城市的電視接收系統(tǒng)連成網(wǎng)絡(luò)。隨之而來的是電視節(jié)目的飛速發(fā)展，甚至出現(xiàn)了完全為有線電視而制作的電視節(jié)目頻道。通常，這些頻道都是非常專業(yè)化的，比如新聞?lì)l道、體育頻道、烹飪頻道、園藝頻道等等。但是，這些頻道從其誕生到20世紀(jì)90年代末，都是僅為有線電視網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)和制作的。隨著Internet的迅猛發(fā)展，越來越多的觀眾轉(zhuǎn)向Internet的各種服務(wù)。此時(shí)，有線電視運(yùn)營(yíng)商們意識(shí)到他們可以對(duì)有線電視系統(tǒng)進(jìn)行一些改動(dòng)，使用部分空閑的頻段來提供雙向的Internet服務(wù)。從此，有線電視網(wǎng)絡(luò)開始從單一的電視信號(hào)傳播系統(tǒng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的城域網(wǎng)。換言之，現(xiàn)在的有線電視網(wǎng)絡(luò)所傳播的既有電視信號(hào)也有Internet內(nèi)容。有線電視網(wǎng)絡(luò)并不是唯一的城域網(wǎng)。隨著高速無線Internet訪問技術(shù)的研究和發(fā)展，出現(xiàn)了另一種稱為WiMAX(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess)的城域網(wǎng)，它采用IEEE制定的IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)，因此WiMAX也被稱為802.16無線城域網(wǎng)或簡(jiǎn)稱為802.16。WiMAX是一項(xiàng)新興的寬帶無線接入技術(shù)，能提供面向Internet的高速連接。WiMAX的技術(shù)起點(diǎn)高，采用了代表未來通信技術(shù)發(fā)展方向的許多先進(jìn)技術(shù)，具有許多技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，WiMAX能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離，WiMAX能實(shí)現(xiàn)50km的無線信號(hào)傳輸，這是無線局域網(wǎng)所不能比擬的。

WiMAX網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積是3G發(fā)射塔的10倍，因此，只要建設(shè)少數(shù)基站就能夠?qū)崿F(xiàn)全城覆蓋，使無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍得到極大的擴(kuò)展。其次，WiMAX可提供更高速的寬帶接入。WiMAX所能提供的最高接入速度約為70Mb/s，這個(gè)速度是3G發(fā)射塔所能提供寬帶速度的30倍。對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)而言，這是一個(gè)非常大的進(jìn)步。除此之外，WiMAX還具有QoS(QualityofService，服務(wù)質(zhì)量)保障、傳輸速率高、業(yè)務(wù)豐富多樣等優(yōu)點(diǎn)。

4.廣域網(wǎng)(WAN)比城域網(wǎng)覆蓋范圍更廣，規(guī)模更大的是廣域網(wǎng)(WideAreaNetwork，WAN)，通?？梢愿采w一個(gè)國(guó)家或者一個(gè)洲。與局域網(wǎng)一樣，廣域網(wǎng)也分為有線廣域網(wǎng)和無線廣域網(wǎng)兩類。

圖1.5給出了一個(gè)有線廣域網(wǎng)的例子，它表示一個(gè)集團(tuán)公司在全國(guó)三個(gè)不同城市的分公司所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這些分公司的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過有線的通信線路連接，整個(gè)集團(tuán)公司的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋全國(guó)范圍，是一個(gè)典型的有線廣域網(wǎng)。每個(gè)分公司網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)都可用于運(yùn)行各種面向用戶的應(yīng)用程序，這些計(jì)算機(jī)稱為主機(jī)(host)。在該有線廣域網(wǎng)中除了主機(jī)之外的用于連接這些主機(jī)的部分統(tǒng)稱為通信子網(wǎng)(communicationsubnet)，簡(jiǎn)稱子網(wǎng)(subnet)。通信子網(wǎng)的任務(wù)是在主機(jī)和主機(jī)之間傳輸數(shù)據(jù)信息，就像電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在撥叫方和接聽方之間傳輸語音信息一樣。圖1.5有線廣域網(wǎng)示例對(duì)于大多數(shù)的廣域網(wǎng)而言，通信子網(wǎng)主要包括兩種元素：傳輸線路和交換設(shè)備。傳輸線路的功能是在計(jì)算機(jī)之間傳輸比特流。廣域網(wǎng)可以使用的傳輸線路包括銅芯線纜、光纖以及無線電通信信道。對(duì)于大多數(shù)使用廣域網(wǎng)的公司而言，自身并不擁有專有的鋪設(shè)好的傳輸線路，它們通常從專業(yè)的電信公司那里租用傳輸線路。交換設(shè)備(或簡(jiǎn)稱為交換機(jī))實(shí)際上是用于連接兩條或多條傳輸線路的專用計(jì)算機(jī)。當(dāng)數(shù)據(jù)從一條傳輸線路傳入時(shí)，交換設(shè)備必須選擇一條傳輸線路將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。這些用于數(shù)據(jù)交換的專用計(jì)算機(jī)在過去有各種各樣的稱謂，現(xiàn)在統(tǒng)稱為路由器(router)。對(duì)圖1.5所示的有線廣域網(wǎng)而言，通信子網(wǎng)是指把分組從源主機(jī)傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)所經(jīng)過的所有路由器和通信線路的集合，即圖中用虛線標(biāo)出的灰色區(qū)域。從上述的有線廣域網(wǎng)的例子來看，可能會(huì)覺得廣域網(wǎng)看上去與局域網(wǎng)區(qū)別不大。有線廣域網(wǎng)似乎只是連接線路更長(zhǎng)一些，好像就是一個(gè)更大規(guī)模的有線局域網(wǎng)而已。事實(shí)上，廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間有著本質(zhì)的區(qū)別。首先，廣域網(wǎng)中的主機(jī)和通信子網(wǎng)由不同的用戶擁有，并且由不同的人操作。在圖1.5所示的廣域網(wǎng)中，各個(gè)分公司的員工負(fù)責(zé)各自計(jì)算機(jī)(主機(jī))的使用，而公司的網(wǎng)絡(luò)管理部門負(fù)責(zé)除主機(jī)之外的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)(通信子網(wǎng))的運(yùn)轉(zhuǎn)。在主機(jī)和通信子網(wǎng)之間有著清晰的界限。事實(shí)上，對(duì)大多數(shù)廣域網(wǎng)而言，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和電信公司通常是廣域網(wǎng)通信子網(wǎng)的實(shí)際操作者。將網(wǎng)絡(luò)的純通信層面的問題(通信子網(wǎng))和網(wǎng)絡(luò)用戶應(yīng)用層面的問題(主機(jī))劃分開，這極大地簡(jiǎn)化了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。其次，廣域網(wǎng)中的路由器通常用于連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)。而在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，往往使用的是同一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。最后，連接到通信子網(wǎng)上的對(duì)象也是局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的一個(gè)重要區(qū)別。對(duì)局域網(wǎng)而言，連入通信子網(wǎng)的是單個(gè)的計(jì)算機(jī)；而對(duì)廣域網(wǎng)而言，連入通信子網(wǎng)的可能是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。將多個(gè)規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)通過通信子網(wǎng)互相連接起來是構(gòu)建大型網(wǎng)絡(luò)的基本方法。但是對(duì)于通信子網(wǎng)本身而言，無論接入其中的是單個(gè)計(jì)算機(jī)還是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，它所做的工作都是一樣的。大多數(shù)的廣域網(wǎng)都包含多條傳輸線路，每條傳輸線路的兩端連接著一對(duì)路由器。如果兩個(gè)路由器之間要相互通信，而它們之間并沒有直接的傳輸線路連接，則必須通過其他的路由器進(jìn)行間接通信。廣域網(wǎng)內(nèi)的兩個(gè)路由器之間往往存在多個(gè)連通的路徑，對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，必須決定從一個(gè)路由器到另一個(gè)路由器采用哪條路徑，計(jì)算這些路徑的算法稱為路由算法(routingalgorithm)。目前有很多成熟的路由算法，這些算法大體上分為兩類：全局式路由算法(globalroutingalgorithm)和非集中式路由算法(decentralizedroutingalgorithm)。全局式路由算法也稱為鏈路狀態(tài)算法(linkstatealgorithm)，其特點(diǎn)是路由計(jì)算是在一個(gè)結(jié)點(diǎn)上進(jìn)行的，為了計(jì)算出從源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)之間代價(jià)最小的路徑，此結(jié)點(diǎn)必須具有并使用有關(guān)該網(wǎng)絡(luò)的完整的全局信息。與全局式路由算法相對(duì)，非集中式路由算法采用一種迭代的分布式方法計(jì)算從源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)之間代價(jià)最小的路徑。在非集中式路由算法中，沒有結(jié)點(diǎn)具有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)所有鏈路的完整信息。最初，每個(gè)結(jié)點(diǎn)只具有與其直接相連的那些鏈路的代價(jià)信息。通過一系列迭代計(jì)算過程以及與相鄰結(jié)點(diǎn)之間交換信息，結(jié)點(diǎn)逐步計(jì)算出到達(dá)一個(gè)或一組目的結(jié)點(diǎn)的最小代價(jià)路徑。無論是哪一類，路由算法的核心目標(biāo)都非常簡(jiǎn)單：對(duì)于給定的一組路由器以及連接這些路由器的傳輸鏈路，路由算法應(yīng)該能夠找出從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)的好的路徑。這里所說的好的路徑通常是指代價(jià)最小的路徑。對(duì)于路由器而言，如何決定將其收到的分組發(fā)送給哪個(gè)后續(xù)結(jié)點(diǎn)的問題稱為轉(zhuǎn)發(fā)算法(forwardingalgorithm)，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)算法的研究也頗多。除了上述有線廣域網(wǎng)之外，還有采用無線傳輸技術(shù)的無線廣域網(wǎng)。例如在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個(gè)地面計(jì)算機(jī)都配有一個(gè)天線，計(jì)算機(jī)通過此天線向在軌衛(wèi)星發(fā)送數(shù)據(jù)，并從在軌衛(wèi)星接收數(shù)據(jù)。在該衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的每一臺(tái)地面計(jì)算機(jī)都能夠接收到在軌衛(wèi)星所發(fā)出的輸出數(shù)據(jù)，在某些情況下，甚至還可以接收到其他地面計(jì)算機(jī)發(fā)送給在軌衛(wèi)星的上行傳輸數(shù)據(jù)。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上講采用的是廣播式工作模式，對(duì)于廣播式應(yīng)用非常有用。蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)是另一種使用無線傳輸技術(shù)的廣域網(wǎng)。這種無線廣域網(wǎng)已經(jīng)過三代發(fā)展的演進(jìn)，現(xiàn)在迎來了第四代的發(fā)展浪潮。第一代蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)是模擬的，僅支持話音傳輸。第二代轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字的，但仍僅支持話音傳輸。第三代亦是數(shù)字的，除話音之外還支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。每個(gè)基站覆蓋的地理范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過無線局域網(wǎng)的覆蓋范圍，其覆蓋半徑是以“千米”作為單位，而不是以“米”來衡量?；局g通過骨干網(wǎng)絡(luò)相互連接，而此骨干網(wǎng)絡(luò)通常是有線的。蜂窩式移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率通常在1Mb/s的量級(jí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率，無線局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率往往能夠達(dá)到100Mb/s的量級(jí)。

5.互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(Internetwork)

世界上有很多網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)常常具有不同的硬件和軟件。連在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中的用戶往往需要和連在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里的用戶進(jìn)行通信。為了滿足這一需求，需要將不同的網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)甚至是互不兼容的網(wǎng)絡(luò)互連起來。互相連接起來的若干網(wǎng)絡(luò)的集合稱為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，或網(wǎng)際網(wǎng)(internet)。在這里，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)際網(wǎng)是一個(gè)廣義的概念，有別于平時(shí)所特指的全球范圍的Internet。通常把Internet稱為互聯(lián)網(wǎng)，首字母必須大寫。事實(shí)上，Internet只是一個(gè)特定的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)際網(wǎng)而已。

上面提到了三個(gè)關(guān)于網(wǎng)絡(luò)的概念——通信子網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這三個(gè)詞字面比較相近，含義往往容易混淆。下面分別解釋并區(qū)分一下這三個(gè)不同的概念。首先，“通信子網(wǎng)”通常是在廣域網(wǎng)范疇內(nèi)的一個(gè)概念。在廣域網(wǎng)中，通信子網(wǎng)是指網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者所擁有的路由器和傳輸線路的集合。例如，在電話網(wǎng)絡(luò)中，電話交換站之間由高速傳輸線路連接起來，而電話交換站與家庭及企業(yè)用戶之間通過低速傳輸線路連接起來。所有這些傳輸線路和設(shè)備都由電話公司所擁有，它們構(gòu)成了電話系統(tǒng)的通信子網(wǎng)。而家庭和企業(yè)用戶的電話機(jī)(類似于廣域網(wǎng)里的主機(jī))并不屬于通信子網(wǎng)。其次，“網(wǎng)絡(luò)”是一個(gè)綜合概念，它包括通信子網(wǎng)和所有主機(jī)。在日常生活中，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)一詞的使用往往十分隨意。有時(shí)把一個(gè)通信子網(wǎng)也叫做網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)把一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)也稱為網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)比較簡(jiǎn)單，也比較規(guī)范的對(duì)網(wǎng)絡(luò)這個(gè)概念的定義是：網(wǎng)絡(luò)是采用同一種技術(shù)互連起來的計(jì)算機(jī)的集合。最后，“互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)”是指由不同的網(wǎng)絡(luò)相互連接構(gòu)成的網(wǎng)際網(wǎng)。構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)常見的途徑：將一個(gè)局域網(wǎng)連入一個(gè)廣域網(wǎng)，或者連接兩個(gè)相鄰的局域網(wǎng)。判斷一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是否是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有以下兩個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)。第一，如果不同的組織或機(jī)構(gòu)在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)各自支付各自部分的費(fèi)用并且各自維護(hù)和使用自己那一部分的網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該屬于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，而不是單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)。第二，如果一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的不同部分采用不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(例如網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的一部分采用廣播式傳輸技術(shù)，而另一部分采用點(diǎn)到點(diǎn)式傳輸技術(shù)；或者網(wǎng)絡(luò)里部分使用有線通信，而另一部分使用無線通信)，這樣的網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該稱為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在分析并區(qū)分了通信子網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)這三個(gè)概念之后，接下來的問題是用什么連接兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)建一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)稱為網(wǎng)關(guān)(gateway)，它是一個(gè)含義較廣的概念，是指能夠連接兩個(gè)或多個(gè)不同的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，并且在這些不同的網(wǎng)絡(luò)之間提供必要的硬件和軟件層面的轉(zhuǎn)換與翻譯功能的計(jì)算機(jī)。網(wǎng)關(guān)是一個(gè)統(tǒng)稱，泛指所有滿足上述定義的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。在不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次上，網(wǎng)關(guān)有不同的表現(xiàn)形式和特定的稱謂。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次的概念以及不同層次上具體的網(wǎng)關(guān)的稱謂和功能將在本書后續(xù)的章節(jié)中詳細(xì)介紹。在這里不妨這樣考慮：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次越高則越靠近用戶和應(yīng)用，例如各種Web應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次越低則越靠近物理的傳輸鏈路，例如以太網(wǎng)。在構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，進(jìn)行互連的層次很重要，既不能太低，也不能太高。網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互連的層次太低會(huì)影響兩個(gè)不同類型網(wǎng)絡(luò)的相互連接。反過來，如果網(wǎng)關(guān)進(jìn)行互連的層次太高將只能使某些特定的上層應(yīng)用得到互連。顯然，最適合進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)互連的層次應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次結(jié)構(gòu)中居中的層次，這一層就是網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)。而在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行不同網(wǎng)絡(luò)之間互連的計(jì)算機(jī)就是路由器。換言之，路由器是在網(wǎng)絡(luò)層上工作的一種網(wǎng)關(guān)，它負(fù)責(zé)在不同的網(wǎng)絡(luò)之間交換數(shù)據(jù)分組。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.3.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念拓?fù)鋵W(xué)(topology)是從應(yīng)用數(shù)學(xué)中的圖論演變過來的一個(gè)分支，它通過把現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體抽象成點(diǎn)，將物理實(shí)體之間的連接線路抽象成線，進(jìn)而研究這些點(diǎn)、線、面之間的相互關(guān)系。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各種組成元素(例如計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、連接線路等)之間相互連接所采用的布局模式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩類。物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理設(shè)計(jì)，包括計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、連接線路及其位置和安裝方式等。與物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)如何在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸流動(dòng)，邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不關(guān)心計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理設(shè)計(jì)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以理解為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形狀或結(jié)構(gòu)。但這個(gè)形狀和結(jié)構(gòu)并不一定與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)與設(shè)備的物理設(shè)計(jì)相一致。例如，家庭計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的布局可能是一個(gè)圓形，但這并不意味著此網(wǎng)絡(luò)就一定是環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。任何一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都僅由網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點(diǎn)之間物理與邏輯連接的具體配置的圖形映射來決定。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究以圖論的研究成果作為理論基礎(chǔ)進(jìn)行分析。兩個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可能在許多方面都不相同，例如結(jié)點(diǎn)之間的距離不同、結(jié)點(diǎn)之間的物理連接方式不同、數(shù)據(jù)傳輸速率不同、傳輸信號(hào)類型不同，但是經(jīng)過拓?fù)鋵W(xué)的抽象，二者的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能完全一樣。局域網(wǎng)就是一個(gè)既有物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又有邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的例子。局域網(wǎng)中的任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)都有一個(gè)或多個(gè)與網(wǎng)內(nèi)其他結(jié)點(diǎn)的連接線路，這些連接線路和結(jié)點(diǎn)經(jīng)過圖形映射生成一個(gè)包含若干點(diǎn)、線、面的圖，這個(gè)圖所表示的幾何形狀可以用來描述該網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同樣，該計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流的圖形映射也生成一個(gè)抽象為幾何形狀的圖，該圖決定了網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。值得注意的是，一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與其邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有可能相同，也可能不同。1.3.2常見的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多，常見的有總線型、環(huán)型、星型、樹型與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。下面分別介紹這五種常見的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

1.總線型(Bus)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖1.6總線型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用一個(gè)公共的主干信道連接網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有結(jié)點(diǎn)和設(shè)備，這條公共的主干信道稱為總線。這里的“總線”和計(jì)算機(jī)內(nèi)部的系統(tǒng)總線是兩個(gè)不同的概念，不可混淆。這條公共的主干信道，通常是一條傳輸線纜，是所有接入該網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)和設(shè)備所共享的通信介質(zhì)。一個(gè)結(jié)點(diǎn)若要與網(wǎng)絡(luò)上的其他結(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，首先要向此總線發(fā)送廣播消息，之后，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有其他結(jié)點(diǎn)都可以看到該廣播消息。但是，只有該消息的接收者真正接收并處理該消息，其他結(jié)點(diǎn)則忽略這個(gè)廣播消息，不做任何處理?？偩€型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.6所示。

圖1.6總線型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以太網(wǎng)技術(shù)中的10Base-2和10Base-5網(wǎng)絡(luò)是兩種非常流行的局域網(wǎng)技術(shù)，它們就采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？偩€型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、便于管理和維護(hù)。但是，總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也很明顯，它適用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)比較少的應(yīng)用環(huán)境。隨著網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)數(shù)大量增加，例如向網(wǎng)絡(luò)總線上同時(shí)增加幾十臺(tái)計(jì)算機(jī)，總線型網(wǎng)絡(luò)的性能很可能急劇下降。另外，總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在系統(tǒng)可靠性瓶頸，一旦系統(tǒng)中作為公共主干信道的總線出現(xiàn)故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將無法正常工作。

2.環(huán)型(Ring)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，所有結(jié)點(diǎn)首尾相連，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。每個(gè)結(jié)點(diǎn)有且僅有兩個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)與之通信。網(wǎng)絡(luò)中所有的消息沿同一方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)在網(wǎng)絡(luò)中傳播。環(huán)型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.7所示。圖1.7環(huán)型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在局域網(wǎng)技術(shù)中，IEEE802.5標(biāo)準(zhǔn)所定義的令牌環(huán)(tokenring)網(wǎng)就是一種典型的環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。在令牌環(huán)網(wǎng)中，一個(gè)叫做令牌(token)的特殊控制幀在環(huán)中沿某一方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)逐站傳遞，獲得該令牌的結(jié)點(diǎn)可以通過共享傳輸信道(即該環(huán))發(fā)送數(shù)據(jù)。和令牌一樣，數(shù)據(jù)幀也按某一方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)在環(huán)網(wǎng)內(nèi)逐站傳輸。在同一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)內(nèi)，數(shù)據(jù)幀和令牌的傳輸方向相同。數(shù)據(jù)幀在環(huán)網(wǎng)內(nèi)的單向流動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)虛擬的廣播信道。數(shù)據(jù)幀通過這個(gè)虛擬的廣播信道在環(huán)網(wǎng)內(nèi)流動(dòng)并且能夠到達(dá)任何一個(gè)處于該環(huán)網(wǎng)內(nèi)的目的結(jié)點(diǎn)。為了防止數(shù)據(jù)幀像令牌那樣無休止地在環(huán)網(wǎng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，必須由某個(gè)結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將其從環(huán)網(wǎng)上移除掉，通常有兩種方法：由發(fā)送數(shù)據(jù)幀的結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)在該數(shù)據(jù)幀沿環(huán)網(wǎng)傳輸一周返回發(fā)送結(jié)點(diǎn)時(shí)將該數(shù)據(jù)幀移除，或者由接收該數(shù)據(jù)幀的目的結(jié)點(diǎn)在接收該數(shù)據(jù)幀之后將該數(shù)據(jù)幀從環(huán)網(wǎng)內(nèi)移除。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：首先，在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較重的情況下環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的整體性能優(yōu)于總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)；其次，網(wǎng)絡(luò)中所有結(jié)點(diǎn)都是平等的，處于對(duì)等地位；另外，環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很適合應(yīng)用于光纖通信。環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也很明顯。首先，環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在系統(tǒng)可靠性瓶頸，而且比總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)更加嚴(yán)重。在環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，每一個(gè)結(jié)點(diǎn)和每一條通信線路都是潛在的系統(tǒng)可靠性瓶頸。任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)或者任何一條通信線路出現(xiàn)故障都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無法正常工作。其次，環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)較為復(fù)雜。相對(duì)于總線型網(wǎng)絡(luò)，向環(huán)網(wǎng)內(nèi)加入結(jié)點(diǎn)和從環(huán)網(wǎng)中撤消結(jié)點(diǎn)都比較復(fù)雜。因此，環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)不易擴(kuò)展。另外，在正常負(fù)載情況下，環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的性能低于總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。最后，環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)不易定位出故障的結(jié)點(diǎn)。

3.星型(star)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中所有的結(jié)點(diǎn)都和一個(gè)中心結(jié)點(diǎn)相連，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的通信都必須經(jīng)過這個(gè)中心結(jié)點(diǎn)。許多家庭網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型網(wǎng)絡(luò)的中心結(jié)點(diǎn)可以是集線器(hub)，可以是交換機(jī)，還可以是路由器。星型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.8所示。

圖1.8星型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常見的星型網(wǎng)絡(luò)是由非屏蔽雙絞線(UnshieldedTwistedPair，UTP)和集線器組成的以太網(wǎng)，例如當(dāng)今最流行的10Base-T和100Base-T網(wǎng)絡(luò)就采用的是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)。但是，星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也很明顯。在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，中心結(jié)點(diǎn)占有舉足輕重的位置，中心結(jié)點(diǎn)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性瓶頸，一旦中心結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，就可能會(huì)造成全網(wǎng)癱瘓。

4.樹型(tree)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也被稱為層級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(hierarchicaltopology)，從本質(zhì)上分析是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種變體，它將多個(gè)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)集成在一個(gè)總線上。換言之，樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的混合體。在最簡(jiǎn)單的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，多個(gè)集線器設(shè)備與整個(gè)樹型網(wǎng)絡(luò)的總線直接相連，每個(gè)集線器是以它為頂級(jí)結(jié)點(diǎn)的子樹的根結(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性(scalability)方面，綜合了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)的樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，既克服了單純總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由于廣播式通信而引發(fā)的設(shè)備數(shù)量的限制，又?jǐn)[脫了單純星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)集線器連接點(diǎn)數(shù)量的限制。樹型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.9所示。

由于融合了星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，因此具有樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)很容易進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)展，具有很高的可擴(kuò)展性。在局域網(wǎng)中，為了克服單個(gè)集線器端口數(shù)的局限，往往采用多個(gè)集線器級(jí)聯(lián)的方式擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，增加網(wǎng)絡(luò)連接的結(jié)點(diǎn)數(shù)，這種多集線器級(jí)聯(lián)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)是典型的樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

5.網(wǎng)狀(mesh)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中結(jié)點(diǎn)之間的連接沒有規(guī)律，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的連接是隨意的。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的核心概念是消息傳輸?shù)穆窂剑诰W(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，消息從源結(jié)點(diǎn)到目的結(jié)點(diǎn)可以選擇多條可能的路徑。這與前述的幾種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在著本質(zhì)上的區(qū)別。例如，在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，雖然存在兩條數(shù)據(jù)傳輸線路，即順時(shí)針方向的環(huán)路和逆時(shí)針方向的環(huán)路，但是對(duì)于某個(gè)確定的環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，消息只能按照一個(gè)方向傳輸，要么沿順時(shí)針方向流動(dòng)，要么沿逆時(shí)針方向流動(dòng)，不存在多種可選的數(shù)據(jù)傳輸路徑。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)結(jié)點(diǎn)之間連接的充分程度，網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又可分為部分連接網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和全連接網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩類。典型的部分連接網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1.10所示。圖1.11給出了一個(gè)具有五個(gè)結(jié)點(diǎn)的全連接網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖。

圖1.10部分連接網(wǎng)狀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖圖1.11全連接網(wǎng)狀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖由于網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間提供了多條可選的通信路線，這極大地提高了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性(reliability)。例如，在圖1.10中，從源結(jié)點(diǎn)A到目的結(jié)點(diǎn)E之間存在兩條數(shù)據(jù)傳輸路徑：A-B-R-D-E與A-C-R-D-E。假定結(jié)點(diǎn)B在某時(shí)刻發(fā)生故障，從源結(jié)點(diǎn)A到目的結(jié)點(diǎn)E之間的通信可以放棄路徑1而采用路徑2繼續(xù)通信工作。相反，如果路徑2上的結(jié)點(diǎn)或者通信線路發(fā)生故障，從源結(jié)點(diǎn)A到目的結(jié)點(diǎn)E之間的通信可以轉(zhuǎn)而采用路徑1進(jìn)行。多條冗余數(shù)據(jù)傳輸路徑的存在極大地提高了網(wǎng)狀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸可靠性。正是由于具有較高的系統(tǒng)可靠性，目前大多數(shù)實(shí)際使用中的廣域網(wǎng)都采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中影響最大的就是Internet。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，小規(guī)模的本地網(wǎng)絡(luò)(如局域網(wǎng))往往采用對(duì)稱的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如星型、總線型等；而規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)(如廣域網(wǎng))通常采用非規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如部分連接網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。值得注意的是，上述五種基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以相互組合，構(gòu)成多種更加復(fù)雜的混合型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)生活中規(guī)模較大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常并不采用某種單一的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而采用某種混合型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1.3.3研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的意義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。也許構(gòu)建一個(gè)家庭計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者一個(gè)小型企業(yè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并不需要了解總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的區(qū)別，但是熟悉標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的知識(shí)有助于更好地了解一些非常重要的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概念，如集線器、廣播、路由等。采用何種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的首要問題。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究對(duì)于分析計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)流量、網(wǎng)絡(luò)傳輸性能、網(wǎng)絡(luò)可靠性、網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性等方面都具有非常重要的影響。1.4本章小結(jié)本章主要講述了以下內(nèi)容：

(1)簡(jiǎn)要回顧了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史，介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所經(jīng)歷的四個(gè)主要階段。從第一階段分組交換原理的產(chǎn)生和發(fā)展到第二階段網(wǎng)絡(luò)互連和專用網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，從第三階段網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展期到第四階段網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化與萬維網(wǎng)的出現(xiàn)和迅速普及，分別介紹了每個(gè)階段的主要研究?jī)?nèi)容及核心技術(shù)，并通過介紹典型的人物、事件以及技術(shù)成果加深讀者對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷史的了解與認(rèn)識(shí)。

(2)講述了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類。首先，介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類方法。其次，根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所使用傳輸技術(shù)的不同分別介紹了廣播式網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)到點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)，分析了這兩種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與主要功能。根據(jù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍和規(guī)模分別介紹了個(gè)域網(wǎng)、局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等基本網(wǎng)絡(luò)類型，從基本概念、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要功能以及典型應(yīng)用等方面進(jìn)行了系統(tǒng)討論。

(3)討論了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。首先，介紹了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本概念。其次，介紹了五種常見的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(總線型、環(huán)型、星型、樹型以及網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn))，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，討論了研究計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的意義。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.2傳輸介質(zhì)及其主要特性2.3數(shù)字調(diào)制技術(shù)2.4差錯(cuò)控制方法

2.5本章小結(jié)

2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)

1.信息和數(shù)據(jù)的概念構(gòu)建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)基本目的是使分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)之間能夠相互通信。通信是指分布在不同空間或時(shí)間域的結(jié)點(diǎn)之間相互交換信息(information)。在這里，信息的含義比較廣，包括多種常用的形式，例如語音、音頻、視頻、數(shù)據(jù)文件、網(wǎng)頁等?？臻g域中兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間通信的例子包括打電話、從家庭或辦公室的計(jì)算機(jī)訪問Internet、收看電視、收聽廣播等。時(shí)間域中兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間通信的例子包括訪問某種存儲(chǔ)介質(zhì)，如唱片、?CD、DVD、硬盤等。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示方式，是一個(gè)純粹的數(shù)字世界。因此，為了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息，首先需要將信息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制形式，這個(gè)過程稱為數(shù)據(jù)編碼。目前，最為流行的數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)信息交換標(biāo)準(zhǔn)代碼(AmericanStandardCodeforInformationInterchange，ASCII)。ASCII碼是一種字符編碼方案，最初起源于英文字母表，用來表示計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備以及其他設(shè)備中的文本數(shù)據(jù)。

ASCII碼采用7位二進(jìn)制比特編碼，總共可以定義128個(gè)字符的編碼，包括95個(gè)可打印字符和33個(gè)不可打印的控制字符。完整的采用十六進(jìn)制形式表示的ASCII碼表如表2.1所示。表2.1最左列的0～7代表ASCII碼的高三位(b6b5b4)；表頭第一行的0～F代表ASCII碼的低四位(b3b2b1b0)。一個(gè)字符的ASCII碼總共有七位：b6b5b4b3b2b1b0。本節(jié)采用(.)hex的形式表示十六進(jìn)制數(shù)。

ASCII碼表中的95個(gè)可打印字符包括：數(shù)字、英文大小寫字母、基本標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、運(yùn)算符號(hào)等。值得注意的是，在這些可打印字符中有些規(guī)律對(duì)于記憶ASCII碼表很有幫助。例如在ASCII碼表中，數(shù)字“0”的十六進(jìn)制編碼為(30)hex，其二進(jìn)制編碼為0110000，其ASCII碼值為48；小寫字母“a”的十六進(jìn)制編碼為(61)hex，其二進(jìn)制編碼為1100001，其ASCII碼值為97；大寫字母“A”的十六進(jìn)制編碼為(41)hex，相應(yīng)的二進(jìn)制編碼為1000001，其ASCII碼值為65。由于在ASCII碼表中數(shù)字和字母的排列是順序排列的，因此知道“0”、“a”、“A”這三個(gè)字符的ASCII碼，就可以推算出全部數(shù)字和英文大小寫字母，總共62個(gè)字符的ASCII碼。表2.1完整的十六進(jìn)制表示的ASCII碼表

ASCII碼表中的控制字符代表一些無法打印出來的信息，主要包括兩類：控制外部設(shè)備(如打印機(jī)、鍵盤等)的信息與表示數(shù)據(jù)傳輸過程中數(shù)據(jù)流的元信息(meta-information)。第一類控制字符的例子有：編碼為(08)hex的控制字符是BS，代表Backspace(退格鍵)；編碼為(0D)hex的控制字符是CR，代表CarriageReturn(回車鍵)；編碼為(1B)hex的控制字符是ESC，代表Escape(返回鍵)。在表2.1中，第二類控制字符的例子有：編碼為(02)hex的控制字符是STX，意為StartofText，表示文本的開始；編碼為(03)hex的控制字符是ETX，意為EndofText，表示文本的結(jié)束；編碼為(04)hex的控制字符是EOT，意為EndofTransmission，表示傳輸結(jié)束。目前，大多數(shù)控制字符已經(jīng)很少用到。例如，在某計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中如果結(jié)點(diǎn)A要給結(jié)點(diǎn)B發(fā)送“ComputerNetwork”(注意：Computer和Network都是首字母大寫，且兩個(gè)單詞之間有一個(gè)空格)文本，如果不考慮校驗(yàn)位的話，由發(fā)送端結(jié)點(diǎn)A通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)給結(jié)點(diǎn)B的是經(jīng)過ASCII碼編碼的二進(jìn)制比特序列：“1000011110111111011011110000111010111101001100101111001001000001001110110010111101001110111110111111100101101011”。?假定在該比特序列的傳輸過程中無差錯(cuò)產(chǎn)生，在接收端結(jié)點(diǎn)B正確接收到了該二進(jìn)制比特序列，則根據(jù)ASCII碼的編碼規(guī)則，可將接收到的數(shù)據(jù)解讀為“ComputerNetwork”，從而成功地完成一次結(jié)點(diǎn)A到結(jié)點(diǎn)B之間的數(shù)據(jù)通信。

通過上述的例子還可以看出信息和數(shù)據(jù)這兩個(gè)概念的區(qū)別。數(shù)據(jù)代表事物的定性或定量的屬性，其表現(xiàn)形式可以是數(shù)字、字符、符號(hào)，甚至圖形。數(shù)據(jù)是知識(shí)的最低層的抽象表示形式，是一種原始的輸入。單獨(dú)的數(shù)據(jù)本身不能表示任何意義，只有把相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)并組織起來，才能使之傳達(dá)和表示某種意義，這種能夠表達(dá)某種意義的由若干數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合稱為信息。換言之，信息是數(shù)據(jù)加工處理之后的結(jié)果，信息是從數(shù)據(jù)導(dǎo)出的知識(shí)。在上述的數(shù)據(jù)傳輸例子中，結(jié)點(diǎn)A給結(jié)點(diǎn)B發(fā)送的文本“ComputerNetwork”是信息，而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際傳輸?shù)亩M(jìn)制比特流“1000011110111111011011110000111010111101001100101111001001000001001110110010111101001110111110111111100101101011”則是數(shù)據(jù)。值得指出的是，ASCII碼既是計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)表示的編碼標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)又是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)通信的編碼標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)代的許多其他字符編碼方案都源于ASCII碼。

2.信號(hào)的概念計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的一個(gè)交叉領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)關(guān)注的是如何將信息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換方法，例如將包含數(shù)字、字母、符號(hào)的文本信息通過ASCII碼編碼方案轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制比特序列。通信系統(tǒng)則側(cè)重于研究如何通過各種傳輸介質(zhì)在不同的計(jì)算機(jī)之間傳輸經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，例如，如何在有線或無線的傳輸介質(zhì)上傳輸上述的二進(jìn)制比特序列。廣義地講，信號(hào)是指能夠表示信息的數(shù)量變化或電脈沖。例如，電流的幅度、頻率、電壓、電流強(qiáng)度、電場(chǎng)強(qiáng)度、光線、聲音等都可以通過其變化作為表示信息的信號(hào)。從理論上講，信號(hào)分為離散時(shí)間信號(hào)(discrete-timesignal)和連續(xù)時(shí)間信號(hào)(continuous-timesignal)兩類。如果信號(hào)的值僅在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上具有定義，則這種信號(hào)稱為離散時(shí)間信號(hào)。換言之，離散時(shí)間信號(hào)是從整數(shù)集合(或者整數(shù)集合的一個(gè)子集)到實(shí)數(shù)集合的一個(gè)函數(shù)映射。連續(xù)時(shí)間信號(hào)是指在某一時(shí)間間隔內(nèi)(通常是無限長(zhǎng)的時(shí)間間隔)的所有時(shí)間點(diǎn)上都有定義的信號(hào)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)是指數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信信道的傳輸過程中的電信號(hào)表示形式，分為模擬信號(hào)(analogsignal)和數(shù)字信號(hào)(digitalsignal)兩種。模擬信號(hào)是指任何特征值隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)。模擬信號(hào)通常使用傳輸介質(zhì)的某種物理特性來傳達(dá)信號(hào)所表示的信息。在電子傳輸系統(tǒng)內(nèi)，最常用于信號(hào)傳輸?shù)慕橘|(zhì)特性是電壓，其次是頻率、電流、電荷等。傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)就是采用模擬信號(hào)來傳輸語音信息的。典型的模擬信號(hào)如圖2.1所示。

圖2.1模擬信號(hào)波形示例模擬信號(hào)的主要優(yōu)點(diǎn)是具有非常高的清晰度，具有潛在的無限高的信號(hào)分辨率。相對(duì)于數(shù)字信號(hào)，模擬信號(hào)的信號(hào)密度更高。模擬信號(hào)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)信號(hào)的處理更簡(jiǎn)單，例如模擬信號(hào)可以直接由模擬設(shè)備進(jìn)行處理。模擬信號(hào)的主要缺點(diǎn)是信號(hào)的噪聲(noise)問題。隨著信號(hào)在傳輸過程中的不斷復(fù)制與中繼，或者信號(hào)經(jīng)過遠(yuǎn)距離傳輸，隨機(jī)噪聲不斷積累，最終變得非常嚴(yán)重。嚴(yán)重的噪聲會(huì)導(dǎo)致信號(hào)損失和變形，降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。這些噪聲引發(fā)的信號(hào)差錯(cuò)是無法恢復(fù)的，因?yàn)樵诜糯笮盘?hào)的同時(shí)，噪聲、變形、干擾也被放大。盡管模擬信號(hào)具有比數(shù)字信號(hào)分辨率高的優(yōu)勢(shì)，但是信號(hào)噪聲帶來的負(fù)面影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些優(yōu)點(diǎn)所帶來的好處。數(shù)字信號(hào)是一種表示一系列離散值的物理信號(hào)，例如比特流、經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字化模擬信號(hào)。常見的數(shù)字信號(hào)形式是若干離散電壓值交替變換構(gòu)成的電脈沖序列。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)是指采用兩種電壓值的變化表示布爾值的兩種狀態(tài)(0和1)的波形。即使這種波形的載體是模擬的電壓形式，這種信號(hào)還是稱為數(shù)字信號(hào)，因?yàn)樗鼈儍H采用兩個(gè)離散值來表示數(shù)據(jù)。典型的數(shù)字信號(hào)如圖2.2所示。圖2.2數(shù)字信號(hào)波形示例相對(duì)于模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)具有許多明顯的優(yōu)勢(shì)：數(shù)字信號(hào)更容易傳輸，數(shù)字信號(hào)的傳輸速率更高，數(shù)字信號(hào)具有更高的可靠性，數(shù)字傳輸?shù)男矢撸瑪?shù)字信號(hào)傳輸過程中產(chǎn)生的差錯(cuò)更少。但是，數(shù)字系統(tǒng)通常比完成同樣功能的模擬系統(tǒng)更加復(fù)雜，往往需要更高的帶寬。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間可以相互轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程稱為調(diào)制