計算機網(wǎng)絡(luò)1內(nèi)容提要概論計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信基本原理局域網(wǎng)廣域網(wǎng)異步傳輸模式ATM技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互連INTERNETINTRANETWindowsNT網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及其應(yīng)用網(wǎng)頁制作網(wǎng)站建設(shè)2第一章概論3計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程計算機網(wǎng)絡(luò)定義和功能計算機網(wǎng)絡(luò)組成和結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)分類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化ISO/OSIIEEE802系列TCP/IP協(xié)議內(nèi)容4§1.1計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程Internet面向終端分布的計算機系統(tǒng)到從51.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息社會的地位和作用21世紀(jì)的特征就是:

數(shù)字化

網(wǎng)絡(luò)化

信息化621世紀(jì)也是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代7世界經(jīng)濟(jì)當(dāng)前世界經(jīng)濟(jì)正在從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識經(jīng)

濟(jì)（Knowledge-basedeconomy）轉(zhuǎn)變。知識經(jīng)濟(jì)是什么？知識經(jīng)濟(jì)就是相對于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)而出現(xiàn)的一種正在形成中的嶄新的經(jīng)濟(jì)形態(tài);知識經(jīng)濟(jì)是什么！知識經(jīng)濟(jì)是指以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)，并且經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在很大程度上取決于對知識的發(fā)掘和積累。一、計算機網(wǎng)絡(luò)在信息社會的地位8

知識經(jīng)濟(jì)的影響：

知識經(jīng)濟(jì)的誕生不僅對人們的工作、學(xué)習(xí)、交往等各方面都起著非常大的作用；

知識經(jīng)濟(jì)也影響了整個社會；

知識經(jīng)濟(jì)也成為推動生產(chǎn)力發(fā)展的巨大動力。知識經(jīng)濟(jì)中的兩個重要特點就是：

信息化；

全球化。9計算機網(wǎng)絡(luò)

要實現(xiàn)信息化和全球化，就必須依靠完善的計算機網(wǎng)絡(luò)。因此網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在已經(jīng)成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。實際上，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)改變了社會生活的很多方面，對經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的影響。二、計算機網(wǎng)絡(luò)在信息社會的作用10人類文化發(fā)展

在人類文化發(fā)展的歷史中經(jīng)歷了四個重要的階段：

語言的產(chǎn)生和形成文字的產(chǎn)生和形成活字印刷的發(fā)明電子信息文化（信息網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生和形成）

11語言的產(chǎn)生和形成語言的產(chǎn)生和形成開創(chuàng)了人類思維和文化的交流，但這種交流在當(dāng)時受到時間和空間的限制；文字的產(chǎn)生和形成文字的產(chǎn)生和形成不僅推動了人們文化交流而且可以保存下來，使后代得以繼承，但當(dāng)時書寫和傳播文字的生產(chǎn)率很低；12活字印刷的發(fā)明大大提高了生產(chǎn)率，加速了文化的傳播；電子信息文化電子信息文化是人類文化發(fā)展的第四個里程碑。滲透到社會生活的各個方面，將改變?nèi)藗兊纳睢W(xué)習(xí)和工作方式。人們利用信息網(wǎng)絡(luò)開展科學(xué)研究。人們跨越地域和時空的界限，加速科學(xué)的發(fā)明和發(fā)現(xiàn)、發(fā)展。遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、計算機支持的協(xié)同工作、電子貿(mào)易、電子化政府、生產(chǎn)制造的并行工程、電子圖書館，電子博物館等都是電子信息文化在各領(lǐng)域的滲透。13進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了非常迅速的發(fā)展，已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二網(wǎng)絡(luò)。不少人認(rèn)為，現(xiàn)在已經(jīng)是Internet時代了。這是因為Internet正在改變著我們工作和生活的各個方面，它已經(jīng)給很多國家（尤其是Internet的發(fā)源地美國）帶來了巨大的好處，并加速了全球信息革命的進(jìn)程。可以毫不夸大地說：Internet是自印刷術(shù)以來人類通信最大的變革。Internet與Internet時代14“信息高速公路”當(dāng)人們即將進(jìn)入21世紀(jì)時，美國政府面臨的挑戰(zhàn)任務(wù)是要尋找各種途徑，以使經(jīng)濟(jì)重新增長，保證在國際競爭中的優(yōu)勢地位，生成各種提高人們生活水準(zhǔn)的就業(yè)崗位，這就需要在國際競爭中具有更高的生產(chǎn)率，采取更多的革新，以及更快、更有效的行動。

“國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（NII）1993年9月15日，美國政府提出“國家信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（NII）行動計劃”。高速信息網(wǎng)是國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的一個重要組成部分。現(xiàn)在人們常用“信息高速公路”這個名詞作為“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”的通俗名稱。15

“全球信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（GII）1994年9月美國又提出建立信息基礎(chǔ)

GII。建議將各國的NII互連起來，組成世界范圍的信息基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)前的Internet就是這種全球性的信息基礎(chǔ)設(shè)施的雛形。現(xiàn)在全世界所有的工業(yè)發(fā)達(dá)國家和很多的發(fā)展中國家都紛紛研究和制定本國建設(shè)信息基礎(chǔ)設(shè)施的計劃。這就使得計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的歷史階段，并幾乎變成人人都知道而且都十分關(guān)心的熱門學(xué)科。16

“三網(wǎng)融合”

目前“三網(wǎng)融合”的呼聲很高。所謂“三網(wǎng)融合”是指只用一種網(wǎng)就可以實現(xiàn)三種網(wǎng)的功能。這三種網(wǎng)是指：

電信網(wǎng)絡(luò)；有線電視網(wǎng)絡(luò)；計算機網(wǎng)絡(luò)。17

計算機網(wǎng)絡(luò)涉及到兩個領(lǐng)域，它們是：通信；計算機。

通信與計算機的相互結(jié)合主要有兩個方面：通信網(wǎng)絡(luò)為計算機之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換提供了必要的手段；數(shù)字計算技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到通信技術(shù)中，又提高了通信網(wǎng)絡(luò)的各種性能。一、計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生1.1.2通信與計算機的結(jié)合181946年世界上第一臺數(shù)字電子計算機剛問世后的幾年里，計算機與通信并沒有什么關(guān)系。從1954年人們開始使用一種叫做收發(fā)器(transceiver）的終端，將穿空卡片上的數(shù)據(jù)從電話線路上發(fā)送到遠(yuǎn)地的計算機。后來用戶可在遠(yuǎn)地的電傳打字機上鍵入自己的程序，而計算機算出的結(jié)果又可從計算機傳送到遠(yuǎn)地的電傳打字機上打印出來。計算機與通信的結(jié)合就這樣開始了。二、通信與計算機網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合計算機與通信的結(jié)合19由于當(dāng)時的計算機處理信息是批處理的，所以當(dāng)計算機和遠(yuǎn)程終端相連時，就必須在計算機上增加一個接口。而這個接口就是“線路控制器”。圖1.1所示的是計算機通信多重線路控制器與終端相連的情況。增加線路控制器（linecontroller）20公用電話網(wǎng)數(shù)字信號模擬信號數(shù)字信號終端ModemModem計算機多重線路控制器圖1.1計算機通信多重線路控制器21這種最簡單的聯(lián)機系統(tǒng)也稱為面向終端的計算機通信網(wǎng)。是最原始的計算機網(wǎng)絡(luò)。上圖中的：計算機是網(wǎng)絡(luò)的中心和控制者；終端圍繞中心計算機分布在各處；計算機的主要任務(wù)還是進(jìn)行批處理。故上圖所示的系統(tǒng)常稱為聯(lián)機系統(tǒng)，以區(qū)別于早先使用的脫機系統(tǒng)。最原始的計算機網(wǎng)絡(luò)22當(dāng)人們認(rèn)識到計算機還可以用作數(shù)據(jù)處理時，計算機的用戶數(shù)就迅速地增長。但是每當(dāng)需要增加一個遠(yuǎn)程終端時，上述的這種線路控制器就要進(jìn)行許多硬件和軟件的改動，以便和新加入的終端的字符集和傳輸速率相適應(yīng)。然而這種線路控制器對主機卻造成了相當(dāng)大的額外開銷。這就出現(xiàn)了前端處理機FEP（FrontEndProcessor），有時也可稱為前端機。這是具有較多智能的通信處理機。前端處理機分工完成全部的通信任務(wù)。而讓主機（原來的計算機）專門進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。這樣就大大地提高了主機進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的效率。圖1.2是用一個FEP和多個遠(yuǎn)程終端相連的情況：前端機FEP的出現(xiàn)23公用電話網(wǎng)圖1.2用前端處理機完成通信任務(wù)ModemModem計算機前端處理機FEP24由于采用較便宜的小型計算機充當(dāng)大型計算機的FEP，因此這種面向終端的計算機通信網(wǎng)就獲得了很大的發(fā)展。現(xiàn)在大型計算機組成的網(wǎng)絡(luò)仍使用前端處理機，而接入LAN的PC，其使用的網(wǎng)卡在原理上就相當(dāng)于這種FEP。為了節(jié)省通信費用，可在遠(yuǎn)程終端較密集處加一個集中器(Concentrator)。見圖1.3所示：增加一個集中器25公用電話網(wǎng)ModemModem高速線路FEP圖1.3采用集中器降低通信費用集中器26傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)不適合計算機數(shù)據(jù)的傳輸。在電話出現(xiàn)不久，人們便認(rèn)識到，在所有用戶之間架設(shè)直達(dá)的線路，對通信線路的資源是極大的浪費。必須依靠交換機實現(xiàn)用戶之間的互連。一百多年以來，電路交換經(jīng)過多次更新?lián)Q代，從人工接線、步進(jìn)制、縱橫制以至現(xiàn)代的程控交換機，其本質(zhì)始終沒有變，都采用電路交換(CircuitSwitching)。一、電路交換與交換機1.1.3分組交換網(wǎng)27“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。電路交換的在通話之前:用戶通過呼叫（即撥號），由網(wǎng)絡(luò)預(yù)先給用戶分配傳輸帶寬（這里指的是廣義帶寬，即將時分制的時隙寬度也稱為帶

寬）。用戶若呼叫成功，則從主叫端到被叫端就建立了一條物理通路。以后雙方才能互相通話。通話完畢掛機就自動釋放這條物理線路。

電路交換的關(guān)鍵點就是：

在通話的全部時間內(nèi)用戶始終占用端到端的固定傳輸帶寬，見圖1.4所示：28用戶線用戶線交換機中繼線中繼線圖1.4電路交換的示意29當(dāng)這種通信系統(tǒng)用來傳送計算機或終端的數(shù)據(jù)時，由于計算機數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上，因此線路真正用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到10%甚至1%。有絕大部分時間，通信線路實際上是空閑的。如：當(dāng)用戶閱讀終端屏幕上的信息；用鍵盤輸入和編輯一份文件時；計算機正在處理而結(jié)果尚未得出時。寶貴的通信線路資源實際上并未利用而是白白被浪費了。說明：30電路交換不適合不同終端間通信：

由于計算機和各種終端的傳送速率很不一樣，當(dāng)采用電路交換時，不同類型、不同規(guī)格、不同速率的終端很難互相進(jìn)行通信。這就需要數(shù)據(jù)經(jīng)過一些緩沖器的暫存，經(jīng)適當(dāng)變換后再進(jìn)行發(fā)送或接收。這同樣要求改變傳統(tǒng)的交換方式。即采用新式的交換方式——存儲轉(zhuǎn)發(fā)電路交換不夠靈活：只要在通話雙方建立的通路中的任何一方出了故障，就必須重新?lián)芴柦⑿碌倪B接，這對十分緊急和重要的通信是很不利的。電路交換在數(shù)據(jù)通信中存在的問題是：31

存儲轉(zhuǎn)發(fā)的概念存儲轉(zhuǎn)發(fā)的概念最初是在1964年8月由巴蘭(|Baran)在美國蘭德(Rand)公司的“論分布式通信”的研究報告中提出的。分組(Packet)的概念1964年6月，由英國的國家物理實驗NPL的戴維斯(Davies)首次提出“分組(Packet)”這一概念。二、分組交換網(wǎng)的實現(xiàn)32分組交換網(wǎng)ARPANET

1969年12月，美國的ARPANET（分組交換網(wǎng)當(dāng)時僅4個結(jié)點）投入運行。從此，計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展就進(jìn)入了一個嶄新的世元。

1973年英國的NPL也開通了分組交換試驗網(wǎng)。

現(xiàn)在大家都公認(rèn)ARPANET為分組交換

網(wǎng)之父，并將分組交換網(wǎng)的出現(xiàn)作為現(xiàn)代電信時代的開始。

1973年法國開通其分組交換網(wǎng)CYCLADES。33三、分組交換網(wǎng)的特點10100111010首部數(shù)據(jù)00101001110………..首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)報文分組發(fā)送在前圖1.5分組的概念34報文(message)：欲發(fā)送的整個數(shù)據(jù)塊。分組(包)：在發(fā)送報文之前，先將較長的報文劃分為一個個更小的等長數(shù)據(jù)段（如每

個數(shù)據(jù)段為1024bit），在每個數(shù)據(jù)段前面，加上首部(header)后，就構(gòu)成了一個分組。包頭（首部、前綴）：包含了諸如目的地址，源地址、包順

序號等重要控制信息，分組交換網(wǎng)只有從分組的首部才能獲知應(yīng)將該分組應(yīng)發(fā)往何處的信息。35ABCDEH6H1H2H4H3H5分組交換網(wǎng)原理圖圖1.6a)通信子網(wǎng)和主機36分組交換網(wǎng)原理圖圖1.6b)結(jié)點交換機的兩組端口AECDB高速鏈路H1H2H4H6H5H31234123412341234123437圖1.6所示分組交換網(wǎng)組成是由：若干個結(jié)點交換機(nodeswitch)連接這些交換機的鏈路。結(jié)點交換機

結(jié)點交換機是網(wǎng)絡(luò)的核心部件。一個結(jié)點交換機就是一個小型計算機。

每一個結(jié)點交換機都有兩組端口。一些小半圓表示的一組端口用來和計算機相連，其速率較低；一些小方框表示的一組端口用來和網(wǎng)絡(luò)的高速鏈路相連，其速率較高。

H1~H6主機，是可進(jìn)行通信的計算機。在結(jié)點交換機中的輸入和輸出端口之間是沒有直接鏈路的。A38結(jié)點交換機處理分組的過程是：將收到的分組先放入緩沖區(qū)再查找路由表路由表中有到目的地址應(yīng)從何處端口轉(zhuǎn)發(fā)的信息然后確定將該分組交給某個端口轉(zhuǎn)發(fā)出去39分組交換網(wǎng)工作過程：主機H1向主機H5發(fā)送數(shù)據(jù)：此時除鏈路H1-A，網(wǎng)內(nèi)其他通信鏈路并不被目前通信的雙方所占用主機H1先將分組一個個地發(fā)往與它直接相連的結(jié)點交換機A當(dāng)分組正在鏈路A-C傳送時，該分組并不占用網(wǎng)絡(luò)其它部分的資源假定從路由表中查出先將該分組送到結(jié)點交換機的端口4，于是分組就經(jīng)鏈路A-C到達(dá)結(jié)點交換機C結(jié)點交換機C繼續(xù)按上述方式查找路由表@??40假定從路由表中查出先將該分組送到結(jié)點交換機的端口4.于是分組經(jīng)鏈路A-C到達(dá)結(jié)點交換機C;當(dāng)分組正在鏈路A-C傳送時，該分組并不占用網(wǎng)絡(luò)其它部分的資源。結(jié)點交換機C繼續(xù)按上述方式查找路由表假定查出應(yīng)從端口3進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).于是分組又經(jīng)端口3向結(jié)點交換機E轉(zhuǎn)發(fā).當(dāng)分組到達(dá)結(jié)點交換機時,就將分組交給主機5假定某一分組的傳送過程因鏈路A-C的信量太大,并產(chǎn)生擁塞.則結(jié)點交換機A將分組轉(zhuǎn)發(fā)端口改為端口1.

于是分組沿另一路由到達(dá)結(jié)點交換機B.

結(jié)點交換B再經(jīng)端口3將分組轉(zhuǎn)發(fā)到結(jié)點交換機E，最后將分組送到主機H5。@??41注意！即使是鏈路H1-A,只有當(dāng)分組正在此鏈路上傳送時才被占用。在各分組傳送之間的空閑時間，鏈路H1-A可為其他主機發(fā)送的分組使用結(jié)點交換機A，將主機A發(fā)來的分組放入緩沖區(qū)。在網(wǎng)絡(luò)中其它主機間也可同時在進(jìn)行通信，如主機H2經(jīng)過結(jié)點交換機BE與主H6通信。結(jié)點交換機暫時存儲的是一個個短的分組，而不是整個長報文。

短分組是暫時存在交換機的內(nèi)存中而不是存儲在磁盤中。這就保證了較高交換速率。

分組交換網(wǎng)中只舉例兩對主機（H1和H5，H2和H6）在進(jìn)行通信。實際上，一個分組交換網(wǎng)可以允許很多主機同時進(jìn)行通信，而一個主機中的多個進(jìn)程（即正在運行中的多道程序）也可以各自和不同主機的不同進(jìn)程進(jìn)行通信。42采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換，實質(zhì)上是采用了在數(shù)據(jù)通信的過程中動態(tài)分配傳輸帶寬的策略。這對傳送突發(fā)式的計算機數(shù)據(jù)非常合適，使得通信線路的利用率大大提高了。為了提高分組交換網(wǎng)的可靠性，常采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使得當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞或少數(shù)結(jié)點鏈路出現(xiàn)故障時，可靈活改變路由而不致引起通信中斷或全網(wǎng)癱瘓，此外，通信網(wǎng)絡(luò)主干線路往往由一些高速鏈路構(gòu)成，這樣就能迅速地傳送大量的計算機數(shù)據(jù)。

表1.1為分組交換的優(yōu)點。43表1.1分組交換的優(yōu)點優(yōu)點高效靈活迅速可靠所采用的手段在分組傳輸過程中動態(tài)分配傳輸帶寬每個結(jié)點均存有智能，可根據(jù)情況決定路由對數(shù)據(jù)作必要的處理以分組作為傳送單位，在每個結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)；網(wǎng)絡(luò)使用高速鏈路完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式多路由的通信子網(wǎng)44分組交換的問題：分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時因要排隊，總會造成一定的時延；網(wǎng)絡(luò)通信量過大時，這種時延也可能會很大；各分組必須攜帶的控制信息也造成了一定的額外開銷；整個分組交換網(wǎng)還需要專門的管理和控制機制。45報文報文報文報文ABCDABCDABCDtP1p2p3p4P1p2p3p4P1p2p3p4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送呼叫階段圖1.7三種交換的比較A：源結(jié)點B，C：是在A和B之間的中點結(jié)點D：目的結(jié)點a)電路交換b)報文交換c)分組交換46電路交換：用在要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù)，且傳送時間遠(yuǎn)大于呼叫建立時間，在數(shù)據(jù)通信之前預(yù)先分配傳送帶寬電路交換。電路交換時，只要整個通路中有一段鏈路不能使用，通信就不能進(jìn)行。分組交換：可以將數(shù)據(jù)包一段一段地通過結(jié)點鏈路傳出去報文交換和分組交換：不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，在傳送實發(fā)數(shù)據(jù)時，可提高整個網(wǎng)絡(luò)的信道利用率。分組交換比報文交換時延小，但其結(jié)點交換機必須具有更強的處理能力47ARPANET的試驗成功使計算機網(wǎng)絡(luò)的概念產(chǎn)生了根本的變化。早期的面向終端計算機網(wǎng)絡(luò)是以單個主機為中心的星型網(wǎng)（圖1.8(a))，各終端通過通信線路共享主機的硬件和軟件資源。分組交換網(wǎng)是以網(wǎng)絡(luò)為中心，見（圖1.8(b)），主機和終端都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍，構(gòu)成了用戶資源子網(wǎng)。用戶通過分組交換網(wǎng)共享用戶資源子網(wǎng)的許多硬件和各種豐富的軟件資源。48圖1.8(a)以單主機為中心的星型網(wǎng)49圖1.8(b)分組交換網(wǎng)、通信子網(wǎng)為中心通信子網(wǎng)(分組交換網(wǎng))50這種以通信子網(wǎng)為中心的計算機網(wǎng)絡(luò)比最初的面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)的功能擴(kuò)大了許多，成為20世紀(jì)70年代計算機網(wǎng)絡(luò)的主要形式。分組給交換網(wǎng)絡(luò)用戶帶來了經(jīng)濟(jì)上的好處，其費用比使用電路交換更低廉。在美國主要有下列諸原因，使分組交換計算機得以如此迅速地發(fā)展：已經(jīng)建立了一個相當(dāng)發(fā)達(dá)的電信網(wǎng)絡(luò)。社會生產(chǎn)力的發(fā)展使整個社會的信息處理、傳遞與交換有迫切的要求。及時開展了有關(guān)計算機網(wǎng)絡(luò)的理論研究，并在試驗網(wǎng)上進(jìn)行現(xiàn)場試驗。

1987年，除了ARPANET外，全世界共有87個國家和地區(qū)的214的公用分組交換網(wǎng)在運行。51進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最引人注目的就是Internet。現(xiàn)在Internet已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機互連網(wǎng)。

Internet對世界的沖擊非常之大，影響到人們生活的各個方面，使得20世紀(jì)90年代成為Internet時代或者網(wǎng)絡(luò)時代。1969年，美國的ARPANET問世后，其規(guī)模一直增長很快。到1983年已連上三百多臺計算機，供美國研究機構(gòu)和政府部門使用。在1984年ARPANET分解成兩個網(wǎng)絡(luò)：

ARPANET（民用科研網(wǎng)）

MISNET（軍用計算機網(wǎng)絡(luò)）。四、Internet時代521985年美國國家科學(xué)基金會NSF圍繞其六個大型計算機中心建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)。1986年，以NSF建立了國家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET——是一個三級計算機網(wǎng)絡(luò)，分為:主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)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，并將網(wǎng)絡(luò)改名為Internet。53最初NSFNET速率僅為56kb/s。1989-1990年，NSFNET主干網(wǎng)的速率提高到T1(1.544Mb/s)，并且成為Internet中的主要部分。到了1990年，鑒于ARPANET的實驗任務(wù)已經(jīng)完成，在歷史上曾經(jīng)起到重要作用的ARPANET就正式宣布關(guān)閉。1991年，NSF和美國的其他政府機構(gòu)開始認(rèn)識到，Internet必將擴(kuò)大其使用范圍，不能僅限于大學(xué)和研究機構(gòu)。世界上的許多公司紛紛接入到Internet，使網(wǎng)絡(luò)上的通信量急劇增大，每日傳送的分組數(shù)達(dá)10億個之多。由于Internet的容量又滿足不了需要。于是美國政府決定將Internet的主干網(wǎng)轉(zhuǎn)交給私人公司經(jīng)營并開始對接入到Internet的散戶收費。54目前有些主干線路速率達(dá)到622Mb/s，還有些試驗線路速率達(dá)到1Gb/s。已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大，增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出Internet究竟有多大。Internet的迅速發(fā)展始于20世紀(jì)90年代。由歐洲原子核研究所組職CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW（W0rldWideWeb）被廣泛使用在Internet上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為Internet的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。據(jù)1998年初的統(tǒng)計：已有超過60萬個網(wǎng)絡(luò)連在Internet上，而上網(wǎng)的計算機已經(jīng)超過2000萬臺。在Internet上的數(shù)據(jù)通信量每月按10%速率增加。55

Intetnet已連通了世界上的180多個國家和地區(qū)。現(xiàn)在已達(dá)5000萬臺計算機。由于Internet存在技術(shù)上和功能上的不足，加上用戶數(shù)量猛增，使得現(xiàn)在的

Internet不堪負(fù)重。因此1996年美國一些研究所機構(gòu)和34所大學(xué)提出研制和建造新一代的Internet的設(shè)想。同年10月美國總統(tǒng)克林頓宣布在今后五年內(nèi)將以5億美元的聯(lián)邦資金實施“下一

代Internet計劃”，即“NGI計劃”（NextGenerationInternetInitiative）。56

NGI計劃要實現(xiàn)的一個目標(biāo)是：

開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且以比現(xiàn)在的Internet高100倍的速率連接至少100個研究結(jié)構(gòu)，以比現(xiàn)在的Internet高1000倍的速率連接10個類似的網(wǎng)點。其端到端的傳輸速率要超過100Mb/s至10Gb/s。

另一個目標(biāo)是使用更加先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)和開發(fā)許多帶有革命性的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、有關(guān)能源和地球系統(tǒng)的研究、高性能的全球通信，環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報，緊急情況處理等。57NGI計劃將使用超高速，全光纖網(wǎng)絡(luò)，能實現(xiàn)更快速的交換和路由選擇，同時具有能為一些實時（realtime）應(yīng)用保留帶寬的能力。在整個Internet的管理和保證信息的可靠性和安全性方面也會有很大的改進(jìn)。58§1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的定義與功能

什么是計算機網(wǎng)絡(luò)？計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)和通信密切結(jié)合的產(chǎn)物，是由各自都獨立，具有自主功能通過通信手段相互連接起來的計算機組成的復(fù)合系統(tǒng)。

什么是互聯(lián)？指兩臺計算機如果能互相交換信息即稱為互聯(lián)。1.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)的定義59自主計算機這一概念排除了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主從關(guān)系的可能性。一臺計算機可以強制地啟動，停止或控制另一臺計算機，這些計算機就不是自主的。一臺主控機和多臺從屬機的系統(tǒng)

不能稱為網(wǎng)絡(luò)。一臺帶有遠(yuǎn)程打印機和終端的大型機也不是網(wǎng)絡(luò)。60計算機網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)區(qū)別在于計算機網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)（distributedsystem）。

關(guān)鍵區(qū)別在于：用戶所面對的是一臺什么機？

分布式系統(tǒng)，用戶所面對的是一臺虛擬的單處理機。61在分布式系統(tǒng)中，多臺自主計算機的存在對用戶是透明的（或者說明是不可見的）。用戶可以輸入一條命令運行某個程序，分布式便會運行它，操作系統(tǒng)會選擇合適的處理器，尋找所有的輸入文件，然后傳送到該處理器，并把結(jié)果放到合適的地方。

分布式系統(tǒng)的用戶覺察不到有多個處理器的存在，用戶所面對的是一臺虛擬的單處理機。

為處理器分配任務(wù)，為磁盤分配文件，把文件從存儲的地方傳送到需要的地方，以及其它所有的系統(tǒng)功能都必須自動完成。62在網(wǎng)絡(luò)中用戶所面對的是一臺具體的機器。是否指出具體內(nèi)容？

在網(wǎng)絡(luò)中，用戶必須明確地指定在哪一臺機器上登錄；明確地指定遠(yuǎn)程遞交任務(wù)；明確地指定文件傳輸?shù)脑春湍康牡兀⑶乙芾碚麄€網(wǎng)絡(luò)。在分布系統(tǒng)中，不需要明確地指定這些內(nèi)容，系統(tǒng)會自動地完成而無需用戶的干預(yù)。分布系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。它具有高度整體性和透明性。網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)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。分布式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)都需要文件的傳送。區(qū)別在于是誰來發(fā)起傳送，是系統(tǒng)還是用戶？63計算機網(wǎng)絡(luò)核心問題是資源共享

(resourcesharing)，其目的是讓網(wǎng)絡(luò)上的用戶，無論它處于什么地方，也無論資源的物理位置在哪里，都能共享網(wǎng)絡(luò)中的程序、設(shè)備、尤其是數(shù)據(jù)。用戶使用千里之外的數(shù)據(jù)就像使用本地數(shù)據(jù)一樣。網(wǎng)絡(luò)的目的是試圖解除“地理位置的束縛”。1.2.2計算機網(wǎng)絡(luò)的功能：64高可靠性（highreliability）

所有的文件可以在兩臺或三臺計算機上留有副本，如其中之一不能使用（如網(wǎng)絡(luò)中

的機器硬件故障），還可以使用其它的副本。另外，多處理器的出現(xiàn)，意味道著如其中一臺機器出了故障，其余的處理器仍然可以分擔(dān)它的任務(wù)，盡管性能有所下降。

例如：軍事、銀行、航空、交通管制、核反應(yīng)堆安全設(shè)施和許多應(yīng)用中，出現(xiàn)硬件故障后，仍能繼續(xù)運行的能力是極其重要的。65節(jié)約經(jīng)費(savingmong)小型計算機比大型計算機有更高的性能價格比。大型計算機比個人計算機大概快十倍，但價格卻在十倍以上。而這種不平衡使得許多系統(tǒng)設(shè)計者采用多臺功能強大的PC來組建系統(tǒng)。每個銀行使用一臺PC機，數(shù)據(jù)則存放在一臺或多臺共享的文件服務(wù)器(fileserver)里。這種模式，用戶稱為客戶(client),整個結(jié)構(gòu)稱作client/server模式

Client/server模型（見1.9圖）中，通信的方式通常是客戶向服務(wù)器發(fā)送請求信息，指出需要完成的工作。服務(wù)器完成工作后送回應(yīng)答。一般情況下，是多個客戶使用少量服務(wù)。

66服務(wù)器機客戶機客戶進(jìn)程服務(wù)器進(jìn)程請求答復(fù)網(wǎng)絡(luò)圖1.9客戶—服務(wù)器模型67可擴(kuò)展性

當(dāng)工作負(fù)荷加大時，只要增加更多的處理器，就能逐步改善系統(tǒng)的性能。在客戶/服務(wù)器模型中，新的客戶和服務(wù)器可以按需要隨時加大。通信手段（communicationmedium）

通信網(wǎng)絡(luò)，兩個或多個生活在不同地方，可以一起寫報告，當(dāng)某人修改了聯(lián)機文擋的某處時，其他人員可以即看到這一變更，而不必花幾天時間等待信件、e-mail、IP電話、視頻會議。訪問遠(yuǎn)程信息個人間通信交互式娛樂68§1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的組成與結(jié)構(gòu)一、計算機網(wǎng)絡(luò)由三個主要部分組成：若干臺主機，它們向各用戶提供服務(wù)；一個通信子網(wǎng)，它們由一些專用的結(jié)點交換機和連接這些結(jié)點的通信鏈路所組成；一系列的協(xié)議。這些協(xié)議是為在各主機之間或主機和子網(wǎng)之間的通信而用的。1.3.1計算機網(wǎng)絡(luò)的組成69二、計算機網(wǎng)絡(luò)從功能上講由兩部分組成，它們是：資源子網(wǎng)；通信子網(wǎng)。資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)提供訪問網(wǎng)絡(luò)和處理數(shù)據(jù)的能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享，它由各種硬件（主機和外設(shè)）和軟件（網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)）所組成。主機是資源子網(wǎng)絡(luò)中的主體，主機中有本地操作系統(tǒng)、還配有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、各種用戶軟件、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和各種工具軟件。70終端設(shè)備是用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的接口，用戶可以通過終端訪問網(wǎng)絡(luò)，取得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，終端和主機一樣，是網(wǎng)絡(luò)的信源和信宿。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是建立在各主機操作系統(tǒng)之上的一個操作系統(tǒng)，用于實現(xiàn)在不同主機系統(tǒng)之間的用戶通信、全網(wǎng)硬件和軟件資源的共享，并向用戶提供統(tǒng)一的、方便的網(wǎng)絡(luò)接口，以便用戶使用網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是建立在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之上的一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，它可以集中地駐留在一臺主機上（集中式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)），也可以分布在多臺主機上（分布式網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)），向網(wǎng)絡(luò)用戶提供存、取、修改網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的服務(wù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的共享。71通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)通信功能，完成主機之間的數(shù)據(jù)傳送任務(wù)，它由交換部分和傳輸部分組成。交換部分指結(jié)點處理機或分組交換機。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和轉(zhuǎn)發(fā)，涉及到路由選擇、避免擁塞及有效地使用資源等。傳輸部分指傳輸鏈路及其設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸。72計算機網(wǎng)絡(luò)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)。它綜合了技術(shù)、通信、材料、家電以及眾多其他應(yīng)用領(lǐng)域的知識與技術(shù)。如何使得這許多知識與技術(shù)共存于一個不同廠家的軟硬件系統(tǒng)、不同的通信網(wǎng)絡(luò)以及各種外部輔助設(shè)備（例如攝像機、傳感器等）構(gòu)成的系統(tǒng)中，是計算機網(wǎng)絡(luò)所面臨的主要難題。要解決這個問題，人們必須為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)定義一個使不同的計算機、不同的通信系統(tǒng)和不同的應(yīng)用能夠互相連接（互連）和互相操作（互操作）的開放式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。1.3.2計算機網(wǎng)絡(luò)分層次的體系結(jié)構(gòu)一、開放式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的提出73什么是互連？所謂互連，就是不同的計算機能夠通過通信子網(wǎng)互相連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。什么是互操作？所謂互操作，就是不同的用戶能夠通過通信子網(wǎng)連接在計算機上，使用相同的命令或操作，來使用其他的計算機中的資源與信息，就如使用本地的計算機系統(tǒng)中的資源與信息一樣。互連與互操作計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)就是為不同的計算機之間互連和互操作提供相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的。二、互連與互操作74如何實現(xiàn)互連與互操作？

首先必須解決：

數(shù)據(jù)傳輸方式問題；數(shù)據(jù)傳輸中的誤差與出錯問題；傳輸網(wǎng)絡(luò)的資源管理問題；通信地址問題；文件格式問題等。分層法

解決這些問題需要互相通信的計算機之間以及計算機與通信之間進(jìn)行頻繁的協(xié)調(diào)與調(diào)整。與其他任何計算機軟件一樣，這些協(xié)商與調(diào)整以及信息的發(fā)送與接收可以用各種不同的方法設(shè)計與實現(xiàn)。ARPANET與ISO/OSI參考模型提出了用分層的方法實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)的互連與互操作功能。75什么是分層？

分層指一個復(fù)雜的問題劃分為不同的局部問題，并規(guī)定每一層所必須完成的功能。

在同一體系結(jié)構(gòu)中的上層與下層之間，下層為上層提供服務(wù)，上層為下層的用戶，上下層之間靠預(yù)先定義的接口聯(lián)系。

在不同的計算機之間的通信在同等層之間進(jìn)行，而同等層之間的連接和信息則由協(xié)議（protocol）來定義。

計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的層次劃分與各層協(xié)議的集合。圖2.0給出計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中層與服務(wù)、接口以及協(xié)議之間的關(guān)系。有關(guān)體系結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述將會在以后章節(jié)中介紹的。76層1層n層n+1層1層n層n+1n+1層協(xié)議調(diào)用服務(wù)調(diào)用服務(wù)調(diào)用服務(wù)調(diào)用服務(wù)n層協(xié)議圖2.0

計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的協(xié)議、層、服務(wù)與接口接口接口接口接口77圖2.2中，對等層之間的協(xié)議功能由相應(yīng)的底層提供服務(wù)而完成。同層中的協(xié)議根據(jù)該層所完成的功能多少而包含多個相應(yīng)的進(jìn)程（Process）或?qū)嶓w(Entity)。層次化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的好處是：將復(fù)雜的問題分解為多個相對簡單的問題處理；并使高層用戶從具有相同功能的協(xié)議層開始進(jìn)行互連，從而使得系統(tǒng)變得開放。開放指只要遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)，任何廠商的計算機都可互相連接。對于層次化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如一個網(wǎng)卡