第1章計算機網(wǎng)絡(luò)概論學(xué)習(xí)目標：了解計算機網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生背景掌握計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展各個階段的特點理解分組交換的概念掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的定義掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的分類了解因特網(wǎng)發(fā)展的歷史理解現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)需要解決的技術(shù)問題1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的形成與發(fā)展縱觀計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史可以發(fā)現(xiàn)，它和其他事物的發(fā)展一樣，算機網(wǎng)絡(luò)也經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜，從低級到高級的過程。在這一過程中，計算機技術(shù)與通信技術(shù)緊密結(jié)合，相互促進，共同發(fā)展，最終產(chǎn)生了計算機網(wǎng)絡(luò)。1.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生

按照計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不同歷史階段出現(xiàn)的典型技術(shù)，將計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展分為面向終端的計算機通信網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)4個階段。

1．面向終端的計算機通信網(wǎng)面向終端的計算機通信網(wǎng)是計算機通過線路控制器和遠程終端連接的形式。

1.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

當(dāng)時，這種面向終端網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍極廣，己涉及軍事、銀行、航空、鐵路、教育等部門。

隨著遠程終端數(shù)量的增加，為了避免一臺計算機使用多個線路控制器，在60年代初期，出現(xiàn)了多重線路控制器。它可以和多個遠程終端相連接，構(gòu)成面向終端的計算機通信網(wǎng)。這種最簡單的通信網(wǎng)稱為第一代計算機網(wǎng)絡(luò)。

面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)，存在下述問題：主機負荷過重，從而導(dǎo)致響應(yīng)時間過長；終端速度慢，操作時間長，因而占用通信線路的時間也長，故通信代價極高；單個計算機集中系統(tǒng)的可靠性較低，一旦主機出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致整個系統(tǒng)的癱瘓。

2．分組交換網(wǎng)分組交換（packetswitching）也稱為包交換，它是現(xiàn)代計算機網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)電話網(wǎng)采用電路交換（circuitswitching）。電路交換的特點是：用戶在通話之前，先要申請撥號，待建立一條從發(fā)端到收端的物理通路后，雙方才能互相通話。在通話的全部時間里，用戶始終占用端到端的固定線路，直到通話結(jié)束，掛起電話（釋放線路）為止。這種通信系統(tǒng)不適合傳送計算機或終端的數(shù)據(jù)。主要體現(xiàn)在以下幾點：

（1）計算機的數(shù)字信號是不連續(xù)的，它和打電話傳送的連續(xù)語音信號不同，具有突發(fā)性和間歇性。（2）電路交換建立通路（即呼叫過程）的時間對計算機傳送數(shù)據(jù)來說就太長了。（3）電路交換很難適應(yīng)不同類型、規(guī)格、速率的終端和計算機之間的通信。（4）計算機通信對可靠性要求很高，需要在傳送過程中進行差錯控制，電路交換難以做到。

電路交換對于計算機網(wǎng)絡(luò)來說，建立通路的呼叫過程太長，必須尋找新的適合于計算機通信的交換技術(shù)。1964年8月，美國蘭德（Rand）公司的巴蘭（Baran）在其發(fā)表的“論分布式通信”的研究報告中提到了存儲轉(zhuǎn)發(fā)的概念。英國NPL的戴維斯（David）于1966年首次提出了“分組”（packet）這一概念。1969年12月，DARPA的計算機分組交換網(wǎng)ARPANET投入運行。優(yōu)點：動態(tài)分配傳輸通道，非常適合傳輸突發(fā)式的計算機數(shù)據(jù)，極大地提高了通信線路的利用率，降低了用戶的使用費用。缺點：第一，分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時，會因為排隊帶來一定的時延；第二，各分組必須攜帶的控制信息造成額外開銷；第三，分組交換網(wǎng)的管理與控制也比較復(fù)雜。3．形成計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)中，相互通信的計算機必須高度協(xié)調(diào)工作，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。1974年IBM公司宣布了它研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA（SystemNetworkArchitecture）。DEC公司也在七十年代末開發(fā)了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)—數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（DigitalNetworkArchitecture，DNA）。1978年ISO提出了異種機連網(wǎng)標準的框架結(jié)構(gòu)得到了國際上的承認，這就是著名的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM。4．高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從20世紀80年代末開始，計算機網(wǎng)絡(luò)開始進入發(fā)展的第四代時期，起主要標志可歸納為：網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)的光纖化、信息高速公路的建設(shè)等。1.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用1．資源共享

2．交流溝通

3．信息獲取

4．商務(wù)交易5.網(wǎng)絡(luò)娛樂計算機網(wǎng)絡(luò)是利用通信線路將地理位置分散的計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接起來，按照某種協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)資源共享的信息系統(tǒng)。P7第三段要點：（1）組成網(wǎng)絡(luò)的計算機要求是獨立的。

（2）計算機網(wǎng)絡(luò)通信的目的是實現(xiàn)信息共享。

1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義及分類1.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義

計算機網(wǎng)絡(luò)的分類標準很多，按拓撲結(jié)構(gòu)劃分可以分為：星型、樹型、總線型、環(huán)型、網(wǎng)狀和無線通信網(wǎng)；從功能上計算機網(wǎng)絡(luò)可分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)兩類；按網(wǎng)絡(luò)的使用范圍可以分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)；還可以按介質(zhì)訪問方式、交換方式以及數(shù)據(jù)傳輸率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍等進行劃分。

用的較多的劃分方法為按照計算機網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍劃分，按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的大小，我們將計算機網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)。1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

1．局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）它所覆蓋的地區(qū)范圍在幾米至10公里以內(nèi)。

2．城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）

城域網(wǎng)一般指在一個城市，但不在同一地理小區(qū)范圍內(nèi)的計算機互聯(lián)。這種網(wǎng)絡(luò)的連接距離可以在10～100公里。

3．廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）廣域網(wǎng)所覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里，利用公用分組交換網(wǎng)。Internet：泛指全世界各國家利用TCP/IP通訊協(xié)議所建立的整個網(wǎng)絡(luò)。從某種意義上，Internet可以說是美蘇冷戰(zhàn)的產(chǎn)物。ARPANET開始只有4個結(jié)點：分布在洛杉磯的加利福尼亞州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、斯坦福大學(xué)、以及位于鹽湖城的猶他州大學(xué)四所大學(xué)的4臺大型計算機。1.3因特網(wǎng)的發(fā)展1.3.1因特網(wǎng)的起源1972年時，ARPANET網(wǎng)上的網(wǎng)點數(shù)已經(jīng)達到40個，這40個網(wǎng)點彼此之間可以發(fā)送小文本文件（當(dāng)時稱這種文件為電子郵件，也就是我們現(xiàn)在的E-mail）和利用文件傳輸協(xié)議發(fā)送大文本文件，包括數(shù)據(jù)文件（即現(xiàn)在Internet中的FTP），同時也發(fā)現(xiàn)了通過把一臺電腦模擬成另一臺遠程電腦的一個終端而使用遠程電腦上的資源的方法，這種方法被稱為Telnet。1983年，原來的ARPANET自行分裂成兩個網(wǎng)絡(luò)，即ARPANET和MILNET，但它們之間仍保持著互連狀態(tài)，彼此之間仍能進行通信和資源共享。這種網(wǎng)際互連的網(wǎng)絡(luò)最初被稱為“DARPAInternet”，隨后不久就被簡稱為“Internet”，它標志著Internet的誕生。1986年，美國國家科學(xué)基金會網(wǎng)NSFNET（NationalScienceFoundationNetwork）誕生了。NSFNET將美國各地科研人員的計算機連接到分布在美國不同地區(qū)的五個超級計算機中心，隨后又將各個大學(xué)和科研單位的中等級別的計算中心連接起來，形成全國性的廣域網(wǎng)絡(luò)。這樣，NSFNET逐漸取代了ARPANET，ARPANET于1990年7月退役。

Internet的最高國際組織：Internet學(xué)會（InternetSociety），也是一個非盈利性的專業(yè)化組織，其主要目標是促進Internet的改革與發(fā)展。目前，Internet學(xué)會下分Internet體系結(jié)構(gòu)研究會（IAB）和其它幾個研究會，IAB下又有工程組（IETF）、許可證管理局（ICRS）、技術(shù)研究組（IRTF）和編號管理局（IANA）等。

1．通信線路我國的公共通信網(wǎng)提供的線路主要有以下幾種類型：（1）公用電話交換網(wǎng)PSTN。（2）公用分組交換網(wǎng)，即X.25網(wǎng)（CHINAPAC）。（3）數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)，即DDN網(wǎng)(CHINADDN)。（4）依附于X.25網(wǎng)或DDN網(wǎng)的幀中繼網(wǎng)FR。（5）綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)ISDN。（6）光纖線路。（7）衛(wèi)星線路。1.3.2因特網(wǎng)的主要組成部分

2．網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備主要有三種：路由器、訪問服務(wù)器和調(diào)制解調(diào)器。其中路由器（Router）和訪問服務(wù)器（AccessServer）主要用于ISP（Internet服務(wù)商）端，用戶端一般使用調(diào)制解調(diào)器（Modem）即可接入。

3．服務(wù)器和客戶機接入Internet的主機按其在Internet中扮演的角色不同，分成兩類，即服務(wù)器和客戶機。服務(wù)器是Internet服務(wù)與信息資源的提供者，而客戶機則是Internet服務(wù)和信息資源的使用者。

4．軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)包括操作系統(tǒng)、客戶程序和網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。1987年9月，在德國卡爾斯魯厄大學(xué)（KarlsruheUniversity）維納·措恩（WernerZorn）教授帶領(lǐng)的科研小組的幫助下，王運豐教授和李澄炯博士等在北京計算機應(yīng)用技術(shù)研究所（ICA）建成一個電子郵件節(jié)點，并于9月20日向德國成功發(fā)出了一封電子郵件，郵件內(nèi)容為“AcrosstheGreatWallwecanreacheverycornerintheworld.（越過長城，走向世界）”。1.3.3因特網(wǎng)在中國的發(fā)展1987年11月9日～11日，中國代表團受邀參加了在美國普林斯頓舉辦的第六屆國際學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)會議。與會期間，美方向中方代表楊楚泉轉(zhuǎn)交了美國國家科學(xué)基金會對中國接入計算機科學(xué)網(wǎng)（CSNET）和美國大學(xué)網(wǎng)（BITNET）的認可性賀信。1990年11月28日，在王運豐教授和維納·措恩教授的努力下，中國的頂級域名.CN完成注冊，錢天白任行政聯(lián)絡(luò)員。從此在國際互聯(lián)網(wǎng)上中國有了自己的身份標識。由于當(dāng)時中國尚未實現(xiàn)與國際互聯(lián)網(wǎng)的全功能聯(lián)接，中國CN頂級域名服務(wù)器暫時設(shè)在德國卡爾斯魯厄大學(xué)。1992年12月底，清華大學(xué)校園網(wǎng)（TUNET）建成并投入使用，是中國第一個采用TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的校園網(wǎng)，主干網(wǎng)首次成功采用FDDI技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、技術(shù)水平以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等方面處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。1993年3月2日，中國科學(xué)院高能物理研究所租用AT&T公司的國際衛(wèi)星信道接入美國斯坦福大學(xué)直線加速器中心的64KDECnet專線正式開通。專線開通后，由于國家自然科學(xué)基金委員會的大力支持，許多學(xué)科的重大課題負責(zé)人能夠撥號連入高能物理研究所的這根專線，幾百名科學(xué)家得以在國內(nèi)使用電子郵件。1993年3月12日，朱镕基副總理主持會議，提出和部署建設(shè)國家公用經(jīng)濟信息通信網(wǎng)（簡稱金橋工程）。1993年4月，中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心召集在京部分網(wǎng)絡(luò)專家調(diào)查了各國的域名體系，提出并確定了中國的域名體系。1994年4月20日，NCFC工程通過美國Sprint公司連入Internet的64K國際專線開通，實現(xiàn)了與Internet的全功能連接。1994年5月15日，中國科學(xué)院高能物理研究所設(shè)立了國內(nèi)第一個WEB服務(wù)器，推出中國第一套網(wǎng)頁。

因特網(wǎng)是由各個不同的網(wǎng)絡(luò)通過互相連接形成的，生活中如果我們要登錄因特網(wǎng)獲取信息，首先需要一臺終端設(shè)備接入特定網(wǎng)絡(luò)然后接入因特網(wǎng)。例如鄭州市的用戶通過網(wǎng)絡(luò)給位于廣州的用戶發(fā)送文件，要求兩地用戶終端設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)都已經(jīng)接入因特網(wǎng)。1.4計算機網(wǎng)絡(luò)研究的問題1.4.1現(xiàn)實的網(wǎng)絡(luò)場景

本書描述的計算機網(wǎng)絡(luò)知識和現(xiàn)實我們現(xiàn)實生活中使用的網(wǎng)絡(luò)有什么聯(lián)系呢？本節(jié)我們通過實例加以說明。

假設(shè)，位于不同地方的鄭州市和廣州市兩個用戶之間通過計算機網(wǎng)絡(luò)進行通信。實現(xiàn)這個通信過程要解決一系列問題。為了便于分析，可以將上圖簡化為下面網(wǎng)絡(luò)圖。

用戶的終端設(shè)備通常位于一個局域網(wǎng)中，假設(shè)鄭州的用戶終端設(shè)備是校園網(wǎng)中的一臺計算機，校園網(wǎng)的場景如圖所示。

校園網(wǎng)通過網(wǎng)線、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備把位于不同建筑物、不同房間的多臺計算機互相連接起來，形成物理網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備之間的連接關(guān)系如圖所示。不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電腦物理連接問題、信號的傳遞問題。這一問題將在第2章物理網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)中講述。將用戶熟悉的文字、音樂、圖片、視頻等形式轉(zhuǎn)變成計算機識別的信號需要遵循一定的規(guī)則。這一問題將在第3章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與協(xié)