計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

1、11第1章 Error! No text of specified style in document.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述電子計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)人類最偉大、最卓越的發(fā)明之一，由計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用功能得到了加強(qiáng)、范圍得到了擴(kuò)展。近年來，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日漸普及，人們已不再僅僅依賴于單機(jī)的工作，而要求計(jì)算機(jī)之間能夠快捷、便利、穩(wěn)定和安全地進(jìn)行信息交換。本章將介紹與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的一些基本概念，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義、分類、工作特點(diǎn)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化組織、我國計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展等。1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展隨著人們在半導(dǎo)體技術(shù)主要包括大規(guī)模集成電路（LSI）和超大規(guī)

2、模集成電路（VLSI）技術(shù)上取得的成就，使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)迅速地滲透計(jì)算機(jī)和通信兩個(gè)領(lǐng)域。在這兩個(gè)領(lǐng)域中，一方面通信網(wǎng)絡(luò)為計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)的傳輸和交換提供了必要的手段；另一方面數(shù)字信號(hào)技術(shù)的發(fā)展已滲透到通信技術(shù)中，又推進(jìn)了通信網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)性能。1.1.1 面向終端的第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1946年世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)（ENIAC）問世，此后的幾年中，由于計(jì)算機(jī)的價(jià)格較高且數(shù)量有限，所以還沒有人會(huì)想到將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接起來并實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)之間的通信。到1954年，隨著一種既能發(fā)送信息又能接收信息的終端設(shè)備收發(fā)器（Transceiver）的研制成功，人們實(shí)現(xiàn)了將穿孔卡片上的數(shù)據(jù)通過電話線路發(fā)送到遠(yuǎn)地的計(jì)算機(jī)上的夢想

3、。此后，電傳打字機(jī)也作為遠(yuǎn)程終端與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了相連，用戶可以在遠(yuǎn)程的電傳打字機(jī)上輸入自己的程序，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，程序又指揮計(jì)算機(jī)將處理結(jié)果再傳送給電傳打字機(jī)并在電傳打字機(jī)上打印輸出。1使用線路控制器的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)樵缙诘挠?jì)算機(jī)是為成批處理信息而設(shè)計(jì)的，所以當(dāng)計(jì)算機(jī)在和遠(yuǎn)程終端相連時(shí)，必須在計(jì)算機(jī)上安裝一個(gè)叫做線路控制器（line controller）的設(shè)備，同時(shí)在線路的兩端還必須各安裝一臺(tái)調(diào)制解調(diào)器（modem），如圖1-1所示。因?yàn)殡娫捑€路本來是為傳送模擬的語音信號(hào)而設(shè)計(jì)的，它不適合于傳送計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)，使用調(diào)制解調(diào)器的主要作用就是把計(jì)算機(jī)或終端的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以在電話線路上傳送的模擬

4、信號(hào)，同時(shí)將從電話線路上接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)或終端可以處理的數(shù)字信號(hào)。圖1-1 使用線路控制器的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)早期的線路控制器只能通過一條通信線路和一個(gè)遠(yuǎn)程的終端互聯(lián)，隨著遠(yuǎn)程終端數(shù)量的增多，為了避免一臺(tái)計(jì)算機(jī)使用多個(gè)線路控制器，在20世紀(jì)60年代初便出現(xiàn)了如圖1-2所示的多重線路控制器（multiline controller）。通過多重線路控制器，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以通過公用電話網(wǎng)與多個(gè)終端相連。圖1-2 使用多重線路控制器的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2使用前端處理機(jī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)眾所周知，計(jì)算機(jī)最初主要用于科學(xué)計(jì)算。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和應(yīng)用，人們逐漸發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在非數(shù)值處理方面的應(yīng)用遠(yuǎn)比純粹的科學(xué)計(jì)算廣泛得

5、多，也就是說人們已認(rèn)識(shí)到了計(jì)算機(jī)在通信中的價(jià)值。然而，多重線路控制器嚴(yán)重限制了網(wǎng)絡(luò)中用戶數(shù)量的增加，每當(dāng)增加一個(gè)新用戶時(shí)，都需要對多重線路控制器進(jìn)行軟件和硬件的修改和重新配置，有些程序還需要重新編寫。另外，多重線路控制器和線路控制器要占用大量的計(jì)算機(jī)資源，使計(jì)算機(jī)增加了相當(dāng)大的額外開銷。因此，在線路控制器和多重線路控制器投入使用之后，人們又研制出了前端處理機(jī)（Front End Processor，F(xiàn)ED），簡稱為前端機(jī)。前端機(jī)可以完成全部的通信任務(wù)，而將計(jì)算機(jī)解放出來專門進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，這樣就大大減輕了計(jì)算機(jī)的額外開銷，如圖1-3所示的是通過一臺(tái)前端機(jī)與多個(gè)遠(yuǎn)程終端相連的結(jié)構(gòu)。3使用集中器的

6、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程終端數(shù)量的不斷增加，使通信費(fèi)用也隨之增加。為了節(jié)約通信費(fèi)用，可在遠(yuǎn)程圖1-3 使用前端處理機(jī)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)終端密集的地方安裝一個(gè)集中器（concentrator）。集中器和前端機(jī)的功能有相似之處，也是一種通信處理機(jī)，它的一端用多條低速率線路與各終端相連，另一端則用一條高速率線路與計(jì)算機(jī)相連，如圖1-4所示。如果一些終端處于閑置狀態(tài)，集中器可以利用由此而產(chǎn)生的空閑時(shí)間來傳送其他處于工作狀態(tài)終端的數(shù)據(jù)，明顯降低了通信線路的費(fèi)用。另外，由于集中器距離終端較近，所以在集中器與終端之間可以省去調(diào)制解調(diào)器。圖1-4 使用集中器的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線路控制器、前端機(jī)和集中器的使用，標(biāo)志著第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

7、的問世。很顯然，第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和工作方式都非常簡單，但是其中的許多網(wǎng)絡(luò)至今仍在使用著。1.1.2 以分組交換為核心的第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖1-5 使用通信子網(wǎng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生于1969年。第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是面向終端的，是一種以單個(gè)主機(jī)（計(jì)算機(jī)）為中心的星型網(wǎng)絡(luò)，各終端通過通信線路共享主機(jī)的硬件和軟件資源。而第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則強(qiáng)調(diào)了網(wǎng)絡(luò)的整體性，用戶不僅可以共享與之直接相連的主機(jī)的資源，而且還可以通過通信子網(wǎng)共享其他主機(jī)或用戶的軟、硬件資源，如圖1-5 所示。在談到第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須強(qiáng)調(diào)分組交換（packet switching）概念。分組交換也稱為包交換，它產(chǎn)生于第二

8、代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，同樣是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)。然而，在分組交換出現(xiàn)之前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)還使用過電路交換（circuit switching）的通信方式。有關(guān)電路交換和分組交換的詳細(xì)內(nèi)容將在本書第2章中專門進(jìn)行介紹。1.1.3 以O(shè)SI為核心的第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)早期計(jì)算機(jī)之間的組網(wǎng)是有條件的，在同一網(wǎng)絡(luò)中只能存在同一廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)，其他廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)無法接入。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，一方面與當(dāng)時(shí)的條件有關(guān)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)還遠(yuǎn)不如現(xiàn)在這樣普及，更談不上計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)；另一方面也與未建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)，當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只是部分高等學(xué)府或科研機(jī)構(gòu)針對自己的工作特點(diǎn)而建立的，還未能在大范圍內(nèi)（如不同的單位之間

9、）進(jìn)行連接，他們各自為政，缺乏一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。針對這種情況，出現(xiàn)了第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是制訂了統(tǒng)一的不同計(jì)算機(jī)之間互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)了不同廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)之間互聯(lián)成網(wǎng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，計(jì)算機(jī)之間的通信涉及許多復(fù)雜的技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信，采用了分層的方法來解決復(fù)雜的問題。其中比較著名的有SNA和OSI。1974年，美國IBM公司公布了它研制的網(wǎng)絡(luò)分層模型系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（system network architecture，SNA），SNA是一種使用較為普遍的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)模型。盡管現(xiàn)在SNA模型被認(rèn)為是一種舊網(wǎng)絡(luò)模型，但仍然得到了普遍發(fā)展。SNA的設(shè)計(jì)

10、采用了IBM大型機(jī)使用的主機(jī)到終端的通信模型。SNA模型只有六層，分別是數(shù)據(jù)鏈路層（DLC）、路徑控制層（path control）、傳輸控制層（transmission control）、數(shù)據(jù)流控制層（data flow control）、表示層服務(wù)（presentation services）和事務(wù)層服務(wù)（presentation services）。1977年前后，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Standardization Organization，ISO）成立了一個(gè)專門機(jī)構(gòu)，提出了一個(gè)各種計(jì)算機(jī)能夠在世界范圍內(nèi)互聯(lián)成網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開放系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型（Ope

11、n System Interconnect/Reference Model，OSI/RM），簡稱為OSI。OSI模型共分為七層，從下到上依次是物理層（physical layer）、數(shù)據(jù)鏈路層（DLC）、網(wǎng)絡(luò)層（network layer）、傳輸層（transportl layer）、會(huì)話層（sessionl layer）、表示層（presentationl layer）和應(yīng)用層（applicationl layer）。OSI參考模型的提出，解決了不同廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)問題?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)便是以O(shè)SI模型為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作的。有關(guān)OSI參考模型的詳細(xì)內(nèi)容將在本書的第3章中進(jìn)行詳細(xì)介紹。1.

12、1.4 以高速和多媒體應(yīng)用為核心的第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是在進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，隨著數(shù)字通信的出現(xiàn)而產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是綜合化和高速化。綜合化是指采用交換的數(shù)據(jù)傳送方式將多種業(yè)務(wù)綜合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中完成。例如人們一直在使用一種與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)很不相同的電話網(wǎng)傳送語音信息，但是，現(xiàn)在已經(jīng)可以將多種業(yè)務(wù)，如語音、數(shù)據(jù)、圖像等信息以二進(jìn)制代碼的數(shù)字形式綜合到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中進(jìn)行傳送。網(wǎng)絡(luò)的高速化在近年來顯得非常突出。例如以太網(wǎng)的速率，在短短的十幾年間就從當(dāng)初的10Mbit/s，發(fā)展到后來的100Mbit/s、1000Mbit/s，現(xiàn)在運(yùn)行速率達(dá)到10000Mbit/s的萬兆以太網(wǎng)也得到了廣泛應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)

13、向綜合化和高速化發(fā)展關(guān)鍵有兩個(gè)原因：技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需求。其中，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展；另外，1993年9月15日，美國政府發(fā)布了一個(gè)在全世界引起很大反映的文件國家信息基礎(chǔ)設(shè)施（NII）行動(dòng)計(jì)劃。NII是National Information Infrastructure的縮寫，為此該文件也稱為“NII行動(dòng)計(jì)劃”，也被通俗地稱為“信息高速公路”。NII行動(dòng)計(jì)劃明確了美國國家信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的總體目標(biāo)，隨即全世界其他國家也紛紛制訂和建立本國的NII。1994年9月美國政府又提出了建立全球信息基礎(chǔ)設(shè)施（GII），建議將各

14、國的NII互聯(lián)起來組成世界范圍的NII，從而極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念信息化和全球化是當(dāng)今世界知識(shí)經(jīng)濟(jì)的兩個(gè)重要特點(diǎn)，而信息化和全球化的實(shí)現(xiàn)必須依靠完善的網(wǎng)絡(luò)。這里所說的網(wǎng)絡(luò)是廣義的網(wǎng)絡(luò)，包括電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)稱為“三網(wǎng)”。三網(wǎng)的核心是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，目前發(fā)展最快的也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。本書介紹的重點(diǎn)也是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1.2.1 什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從技術(shù)上講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相關(guān)結(jié)合的產(chǎn)物，通過計(jì)算機(jī)來處理各種數(shù)據(jù)，再通過各種通信線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。從組成結(jié)構(gòu)來講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過外圍設(shè)備和連線，將分布在相同或不同地域的多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起所形

15、成的集合。從應(yīng)用的角度講，只要將具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接在一起，能夠?qū)崿F(xiàn)各計(jì)算機(jī)間信息的互相交換，并形成可共享計(jì)算機(jī)資源的系統(tǒng)便可稱為網(wǎng)絡(luò)。綜合各方面的因素，對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義為：將分布于不同地理位置的多臺(tái)具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)通過外圍設(shè)置和通信線路互聯(lián)起來，在功能完善的管理軟件的支持下實(shí)現(xiàn)相互資源共享的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不存在地域的限制，只需要根據(jù)距離的遠(yuǎn)近采取不同的連接方式，即可實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)之間的互聯(lián)，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)之間的資源共享和通信。一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)包括以下的三個(gè)組成部分：· 計(jì)算機(jī)。根據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中所提供的服務(wù)的不同，可分為服務(wù)器和工作站。· 外圍設(shè)施。包括連接設(shè)

16、備和傳輸介質(zhì)兩部分，其中主要的連接設(shè)備有網(wǎng)卡、交換機(jī)（早期也使用集線器）、路由器、防火墻等，傳輸介質(zhì)主要有同軸電纜、雙絞線、光纖、微波和紅外線等。· 通信協(xié)議。計(jì)算機(jī)之間在通信時(shí)必須遵守的規(guī)則，是通信雙方使用的通信語言。關(guān)于外圍設(shè)施將在本書第4章和第5章中專門進(jìn)行詳細(xì)介紹，下面主要介紹通信協(xié)議的有關(guān)概念。協(xié)議是一組規(guī)則的集合，是進(jìn)行交互的雙方必須遵守的約定。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為了保證計(jì)算機(jī)之間能夠正確地進(jìn)行通信，針對通信中的各種問題，制訂了一整套約定，將這套約定稱之為通信協(xié)議。通信協(xié)議是套語義和語法規(guī)則，用來規(guī)定有關(guān)功能部件在通信過程中的操作。由于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)具有層次性，所以通信協(xié)議也是

17、分層的。通信協(xié)議并分成多個(gè)層次，每個(gè)層次內(nèi)部又被分成不同的子層。不同層次負(fù)責(zé)不同的操作。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議由以下三個(gè)要素組成：· 語法。語法是數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。包括數(shù)據(jù)格式、編碼、信號(hào)電平等。· 語義。語義是用于協(xié)調(diào)和進(jìn)行差錯(cuò)處理的控制信息。包括需要發(fā)生何種控制信息，完成何種操作，做出何種應(yīng)答，等等。· 同步（定時(shí)）。同步是對事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。包括速度匹配、排序等。通信協(xié)議對通信軟件和硬件的開發(fā)具有指導(dǎo)作用。通信協(xié)議描述要做什么、對于怎么做不進(jìn)行限定。這樣對軟硬件開發(fā)商便提供了便利，他們只需要根據(jù)協(xié)議要求開發(fā)出產(chǎn)品，至于選擇什么電子元件、使用何種語言開發(fā)則不

18、受約束。1.2.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)傳統(tǒng)的聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)都是由一臺(tái)中央處理機(jī)、多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端及一個(gè)多用戶操作系統(tǒng)組成，系統(tǒng)中的終端不具有獨(dú)立的處理能力。以分時(shí)系統(tǒng)為例，中央處理機(jī)將本機(jī)的主存分為兩部分，其中一部分供本機(jī)使用，另一部分分配給終端用戶，終端用戶通過使用中央處理機(jī)CPU為每個(gè)用戶劃分的時(shí)間片來執(zhí)行其應(yīng)用程序。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一種新型的具有獨(dú)立數(shù)據(jù)處理能力的終端（稱為智能終端）出現(xiàn)，并應(yīng)用到聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)中。但是，與傳統(tǒng)的終端一樣，智能終端中的資源既不能被中央處理機(jī)共享，也不能被其他的智能終端或終端共享。這是因?yàn)?，智能終端本身是一臺(tái)具有獨(dú)立數(shù)據(jù)處理功能的計(jì)算機(jī)，具有自己的

19、CPU和操作系統(tǒng)，可以獨(dú)立進(jìn)行工作，但它在連接到多用戶系統(tǒng)后，本地的資源（如硬盤、硬盤中的數(shù)據(jù)、軟件等）無法被中央處理機(jī)和其他的終端或智能終端共享。所以，聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)中的終端或智能終端僅僅是系統(tǒng)中的輸入/輸出（I/O）設(shè)備，在聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)中只存在終端或智能終端共享中央處理機(jī)的資源，反之不然。在聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)中只輸入鍵盤和鼠標(biāo)等輸入設(shè)備的操作命令，以及屏幕的顯示結(jié)果，所在數(shù)據(jù)的處理都在中央處理機(jī)上進(jìn)行。所以，聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求不高。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)之間的主要區(qū)別如表1-1所示。表1-1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)之間的主要區(qū)別區(qū)別 名稱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)分時(shí)多用戶系

20、統(tǒng)共享資源網(wǎng)絡(luò)用戶可以相互共享資源各終端用戶共享中央處理機(jī)的資源并行處理網(wǎng)絡(luò)中的各計(jì)算機(jī)都具有獨(dú)立處理能力，并不受其他計(jì)算機(jī)的制約各終端用戶只是在一段時(shí)間內(nèi)分時(shí)運(yùn)行，同一時(shí)刻不存在兩個(gè)用戶同時(shí)運(yùn)行的情況1.2.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一種計(jì)算機(jī)硬件的配置方式和相應(yīng)的功能配置方式。它是一種多處理器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，各處理器通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成統(tǒng)一的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布式計(jì)算結(jié)構(gòu)，即把原來系統(tǒng)內(nèi)CPU處理的任務(wù)分散給相應(yīng)的CPU，實(shí)現(xiàn)不同功能的各個(gè)CPU相互協(xié)調(diào)，共享系統(tǒng)的外設(shè)與軟件。在分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)計(jì)算機(jī)之間的協(xié)調(diào)操作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)，一個(gè)大型程序?qū)⒈环植荚诙嗯_(tái)

21、計(jì)算機(jī)上并行處理，從而加快了系統(tǒng)的處理速度。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡化了主機(jī)的邏輯結(jié)構(gòu)，特別適合于工業(yè)生產(chǎn)線自動(dòng)控制和企事業(yè)單位的管理。分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)因其成本低，易于維護(hù)，成為計(jì)算機(jī)在應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。與分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的資源共享，而網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)則是獨(dú)立進(jìn)行工作的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也開始具有了分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能，例如Windows 2000 Advance Server、Windows Server 2003、UNIX和Linux等操作系統(tǒng)就支持分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。所以，分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也稱之為分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

22、。需要說明的是，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、聯(lián)機(jī)多用戶系統(tǒng)和分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、硬件連接和通信控制上是相同的。1.3 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以從不同的角度對其進(jìn)行分類，例如從網(wǎng)絡(luò)的交換功能可以把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為電路交換、報(bào)文交換、分組交換和混合交換（同時(shí)采用電路交換和分組交換）四種，按通信媒體的不同可以分為有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)和混合網(wǎng)絡(luò)（有線和無線混合網(wǎng)絡(luò)）三種。下面著重介紹計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的其他兩種分類方法。1.3.1 按連接范圍分類根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接范圍的大小，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)兩種。1局域網(wǎng)（LAN）局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）也稱為局部網(wǎng)絡(luò)，一般是將一個(gè)相對較多

23、小區(qū)域（一般在幾百米到幾千米以內(nèi)）內(nèi)的計(jì)算機(jī)通過高速通信線路相連（現(xiàn)在傳輸速度一般在10Mbit/s以上）后所形成的網(wǎng)絡(luò)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的拓寬，局域網(wǎng)的作用和地位將顯得越來越突出。過去，只有一些大中院校、科研院所、大型企業(yè)才擁有局域網(wǎng)，但是隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及，單機(jī)操作存在的弊端日漸突出，人們已不僅僅要求計(jì)算機(jī)之間的資源共享，而且如大型軟件的開發(fā)、大型CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、大批量視頻影像的處理等，都需要通過局域網(wǎng)來進(jìn)行協(xié)同工作，如果離開了局域網(wǎng)，這些工作將很難正常進(jìn)行下去。2城域網(wǎng)（MAN）城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN），基本上是一種大型的LA

24、N，通常使用與LAN相同的技術(shù)。所以，目前在按連接范圍分類時(shí)可直接分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，而不再有城域網(wǎng)。它既可能是公用網(wǎng)，也可能是私用網(wǎng)。MAN可以支持?jǐn)?shù)據(jù)和語音，還可能涉及有線電視網(wǎng)。把MAN列為單獨(dú)一類的主要原因是已經(jīng)有了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)并且正在被實(shí)施，這就是分布式隊(duì)列雙總線（distributed queue dual bus，DQDB），即IEEE 802.6。DQDB由兩條單向總線（電纜）組成，所有的計(jì)算機(jī)都連接在這兩條總線上，不存在交換單元，計(jì)算機(jī)把分組分流到幾條可能的引出電纜的設(shè)備，如圖1-6所示，每條總線都有一個(gè)端點(diǎn)（head-end），它是一個(gè)啟動(dòng)傳輸活動(dòng)的設(shè)備，當(dāng)目標(biāo)計(jì)算機(jī)在發(fā)送計(jì)算

25、機(jī)的右邊時(shí)使用上面一條總線，反之則使用下面一條總線。圖1-6 DQDB城域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)MAN結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是使用了廣播式介質(zhì)（IEEE 802.6），使用兩條電纜，所有的計(jì)算機(jī)都連接在這兩條電纜中間。和其他類型的網(wǎng)絡(luò)相比，MAN結(jié)構(gòu)可簡化設(shè)計(jì)。3廣域網(wǎng)（WAN）盡管局域網(wǎng)在一個(gè)較小的范圍之內(nèi)可以共享信息和資源，但它卻不能連接遠(yuǎn)程站點(diǎn)，所以在較大范圍之內(nèi)共享信息時(shí)就需要使用廣域網(wǎng)。廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN）也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，指作用范圍通常為幾十千米到幾千千米的網(wǎng)絡(luò)。簡單地說，廣域網(wǎng)是將多個(gè)局域網(wǎng)互聯(lián)后所產(chǎn)生的范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，各局域網(wǎng)之間既可以通過速度較低的電話線進(jìn)行連接，也可以通

26、過高速電纜、光纜、微波天線或衛(wèi)星等遠(yuǎn)程通信方式連接。其實(shí)，大多數(shù)廣域網(wǎng)都隸屬于不同的公司或單位，它一般存在不同的兩種類型：一種是連接范圍較為龐大的網(wǎng)絡(luò)，如擴(kuò)展到城市中主要地區(qū)的城域網(wǎng)，又如遍及全球的因特網(wǎng)Internet；另一種是由多個(gè)局域網(wǎng)互聯(lián)后形成的范圍更大的網(wǎng)絡(luò)，如由多個(gè)相對較遠(yuǎn)的分公司組成的企業(yè)網(wǎng)或由多個(gè)相對較遠(yuǎn)的分校組成的校園網(wǎng)等。1.3.2 按使用范圍分類隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，在像Internet等公共信息網(wǎng)得到快速發(fā)展的同時(shí)，一些專用網(wǎng)絡(luò)也不斷出現(xiàn)并投入了使用。根據(jù)使用范圍的不同，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)兩類。1公用網(wǎng)公用網(wǎng)（public network）

27、是為公眾提供各種信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如Internet，只要用戶能夠遵守網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的使用和管理規(guī)則，都可以申請使用。我國的公用網(wǎng)通常由電信部門負(fù)責(zé)建設(shè)和營運(yùn)，許多國家則是由政府和私營企業(yè)建設(shè)和營運(yùn)。2專用網(wǎng)專用網(wǎng)（private network）由組織、系統(tǒng)或部門根據(jù)實(shí)際需要自己投資建立，只為網(wǎng)絡(luò)擁有者提供服務(wù)。例如軍隊(duì)、公安、鐵路、電力等系統(tǒng)均擁有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。隨著技術(shù)的發(fā)展，公用網(wǎng)和專用網(wǎng)在某些方面開始共存。例如，通過頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用等信道共享技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)公用網(wǎng)和專用網(wǎng)共享同一條數(shù)據(jù)鏈路。1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是由多臺(tái)具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)組成的一個(gè)集合，那么這些計(jì)算機(jī)

28、之間是如何組織起來的呢？這就涉及網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)十分重要的概念：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹ＴO(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)圖時(shí)首先需要學(xué)會(huì)用不同的圖標(biāo)代表不同的設(shè)備（如服務(wù)器、工作站、交換機(jī)、路由器等），然后再用一定的連線將這些設(shè)備連接起來，即用不同的連線代表不同的網(wǎng)絡(luò)連線（即傳輸介質(zhì)，如細(xì)纜、雙絞線、光纖、微波、紅外線等）。在網(wǎng)絡(luò)中，將不同設(shè)備根據(jù)不同的工作方式進(jìn)行連接稱之為拓?fù)洌╰opology）。國外通常又稱為設(shè)計(jì)（design）、圖解（diagram）、映像（map）、物理布局（physical layout）等。各種不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是不同的，同時(shí)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)其功能、可靠性、組網(wǎng)成本等方面也不相同。由于計(jì)算機(jī)局域

29、網(wǎng)和廣域網(wǎng)的連接范圍不同，所采用的技術(shù)、連接方式也不一樣，所以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也存在一定的區(qū)別。1.4.1 局域網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)目前，局域網(wǎng)中常見的標(biāo)準(zhǔn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型（bus）、星型（star）和環(huán)型（ring）三種類型。1總線型（bus）如果網(wǎng)絡(luò)上的所有計(jì)算機(jī)都通過一條電纜線相互連接起來，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就稱作總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖1-7（a）所示?？偩€型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是最簡單的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中不插入任何其他的連接設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)計(jì)算機(jī)均可以接收從某一節(jié)點(diǎn)傳送到另一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有時(shí)也稱作點(diǎn)對點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)總線型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，它就將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再將電信號(hào)發(fā)送到電纜線上。同時(shí)電纜線上的其他計(jì)算機(jī)均在監(jiān)聽傳送中的信號(hào)，但是只有那個(gè)地址與信號(hào)中所含地址相匹配的計(jì)算機(jī)才能接收電纜上的信號(hào)，而具有其他地址的計(jì)算機(jī)均將對此信號(hào)不做反應(yīng)。由于總線型網(wǎng)絡(luò)中的所有計(jì)算機(jī)共享一條電