計算機網(wǎng)絡及通信(第1章)

計算機網(wǎng)絡與通信通信技術教研室參考書目《計算機網(wǎng)絡與通信》張曾科編著，機械工業(yè)出版社《計算機網(wǎng)絡》（第4版），謝希仁編著，電子工業(yè)出版社《計算機及網(wǎng)絡技術與應用》，劉冰主編，機械工業(yè)出版社，2008年3月第一版第1章概述1.1計算機網(wǎng)絡及其分類1.2計算機網(wǎng)絡的發(fā)展1.3計算機網(wǎng)絡的標準化工作1.1計算機網(wǎng)絡及其分類1.1.1什么是計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡是計算機技術和通信技術相結合的產(chǎn)物世界上第一臺電子數(shù)字計算機ENIAC摩爾定律通信技術的發(fā)展：1838年莫爾斯發(fā)明電報，1876年電話，1896年馬可尼無線電報，1927年AT&T夸大西洋電話，1972年商用光纖通信系統(tǒng)；通信與計算機技術的結合1.1.1什么是計算機網(wǎng)絡荷蘭阿姆斯特丹Vrije大學計算機科學系教授、皇家藝術與科學院院士AndrewS.Tanenbaum：計算機網(wǎng)絡是自治的計算機互連起來的集合(AnInterconnectedCollectionofAutonomousComputers)。計算機網(wǎng)絡有硬件和軟件兩部分組成：

(1)硬件(Hardware)計算機，即所謂的主機(Host)或端系統(tǒng)(EndSystems,ES)。通信設備，即中間系統(tǒng)(IntermediateSystems,IS)。接口設備。傳輸媒體或稱傳輸介質(Medium)。1.1.1什么是計算機網(wǎng)絡 (2)軟件(Software)通信協(xié)議。應用軟件。計算機網(wǎng)絡提供各種各樣的應用服務：

(1)共享資源訪問

(2)遠程用戶通信

(3)網(wǎng)上事務處理1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類計算機網(wǎng)絡的分類可以從不同的角度和特征進行劃分:根據(jù)網(wǎng)絡覆蓋的地域范圍（跨越的距離）根據(jù)網(wǎng)絡的拓撲結構根據(jù)使用的網(wǎng)絡的通信協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)的交換方式根據(jù)網(wǎng)絡使用單位的性質根據(jù)網(wǎng)絡的應用性質1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類局域網(wǎng)（LAN）一般地理范圍在10km以內。主要特點：數(shù)據(jù)傳輸速率高，一般為10~100Mbit/s。數(shù)據(jù)傳輸可靠，誤碼率低，通常為10-12~10-7。大多數(shù)LAN采用總線(Bus)、環(huán)形(Ring)及星形(Star)拓撲，結構簡單。一般為廣播網(wǎng)絡(BroadcastNetwork)。通常是由單一組織所擁有和使用。LAN有以太網(wǎng)(Ethernet)、令牌環(huán)網(wǎng)(TokenRingNetwork)、令牌總線網(wǎng)(TokenBusNetwork)和無線局域網(wǎng)(WirelessLAN,WLAN)等。1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類廣域網(wǎng)(WAN)覆蓋地域可達100km以上。WAN一般由主機和通信子網(wǎng)組成。WAN網(wǎng)絡拓撲結構一般比LAN復雜，多為網(wǎng)形(Mesh)、樹形(Tree)或它們的混合。WAN大多是交換式網(wǎng)絡(SwitchedNetwork)。WAN常常采用信道復用技術。典型的WAN有ARPANET和X.25分組交換網(wǎng),幀中繼(FrameRelay,FR)，異步傳輸模式(AsynchronousTransferMode,ATM)。WAN(網(wǎng)形拓撲、交換式網(wǎng)絡)的網(wǎng)絡結構1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類城域網(wǎng)(MAN)一般在10~100km的區(qū)域。IEEE802.6分布式隊列雙總(DistributedQueueDualBus,DQDB)。LAN和WAN都廣泛應用到MAN領域中：千兆和萬兆以太網(wǎng)，ATM，同步數(shù)字系列/同步光纖網(wǎng)SDH/SONET，波分多路復用WDM技術。彈性分組環(huán)(ResilientPacketRing,RPR)。1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類互聯(lián)網(wǎng)和Internet若干個網(wǎng)絡由稱為路由器(Router)的網(wǎng)絡設備連接在一起便成了互聯(lián)網(wǎng)，是網(wǎng)絡的集合，是網(wǎng)絡的網(wǎng)絡。Internet是使用TCP/IP協(xié)議族的、覆蓋全球范圍的、開放的互聯(lián)網(wǎng)。TCP/IP技術的核心是實現(xiàn)網(wǎng)絡的互聯(lián)(Internetworking)，其關鍵的思想是在底層網(wǎng)絡與高層應用程序和用戶之間加入中間層次，屏蔽底層細節(jié)，向用戶提供通用一致的網(wǎng)絡服務。Internet拓撲結構是松散分層的，不受某個權威部門的控制，在商業(yè)利益驅動下擴展演進。Internet各個層次的網(wǎng)絡干線由不同級別的Internet服務提供商(InternetServiceProvider,ISP)來建立經(jīng)營并向社會提供網(wǎng)絡服務。1.1.2計算機網(wǎng)絡的分類Internet網(wǎng)絡結構互聯(lián)網(wǎng)1.2計算機網(wǎng)絡的發(fā)展是20世紀60年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。60年代初，美國國防部領導的遠景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡。傳統(tǒng)的電路交換(circuitswitching)的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。1.2.1早期的計算機網(wǎng)絡20世紀50年代中期美國地面防空系統(tǒng)(SAGE)。美國航空公司的飛機票預訂系統(tǒng)(SABER)。以單臺計算機為中心的遠程聯(lián)機系統(tǒng)。1.2.2分組交換網(wǎng)的產(chǎn)生20世紀60年代多臺具有自主處理能力的計算機通過通信線路連接起來，使用分組交換方式進行通信。ARPANET，IMP(InterfaceMessageProcessor)接口報文處理機。存儲轉發(fā)的計算機網(wǎng)絡IMP1.2.2分組交換網(wǎng)的產(chǎn)生存儲轉發(fā)(StoreAndForward)。分組交換或包交換，分組交換網(wǎng)。通信子網(wǎng)(CommunicationSubnet)資源子網(wǎng)(Re-sourceSubnet)公共數(shù)據(jù)網(wǎng)(PublicDataNetwork-,PDN)。1.2.3計算機網(wǎng)絡體系結構的形成計算機網(wǎng)絡的層次結構及各層協(xié)議的集合統(tǒng)稱計算機網(wǎng)絡的體系結構(Architecture)。只有具有同樣體系結構的計算機網(wǎng)絡才能無縫地互連。開放系統(tǒng)互連參考模型(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel,OSI/RM)，TCP/IP體系結構，事實上的標準。1.2.4局域網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀70年代產(chǎn)生：1972年美國加州大學研制了Newhallloop網(wǎng)；1974年英國劍橋大學計算機實驗室建立了劍橋環(huán)（Cambridgering）。1975年Xerox公司PaloAlto研究中心研制了第一個總線結構的實驗性的以太網(wǎng)（Ethernet）；80年代，PC-LAN，多種LAN紛紛出現(xiàn)90年代后，以太網(wǎng)成為LAN的主流網(wǎng)絡，保持了支配性的市場地位。IEEE對LAN的發(fā)展做出了卓越的貢獻。1.2.5Internet時代20世紀90年代，計算機網(wǎng)絡進入了Internet時代。1996年美國NGI(Next-GenerationInternet)計劃。1998年美國100多所大學成立UCAID，從事Internet2研究計劃。全光網(wǎng)(AllOpticalNetwork,AON)

光互聯(lián)網(wǎng)論壇(Optical Internetworking Forum,OIF)。Abilene主干21世紀的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡化和信息化，它是一個以網(wǎng)絡為核心的信息時代。網(wǎng)絡現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎。網(wǎng)絡是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡1.2.6計算機網(wǎng)絡在我國的發(fā)展1989年11月，第一個分組交換網(wǎng)CNPAC建成。1993年中國公用分組交換網(wǎng)，CHINAPAC。1994年，正是接入Internet。目前我國有9大互聯(lián)網(wǎng)。我國國民經(jīng)濟和社會信息化的三大工程：政府上網(wǎng)工程、企業(yè)上網(wǎng)工程和家庭上網(wǎng)工程。中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程(ChinaNextGenerationInternet,CNGI)。CNGI第一個實驗網(wǎng)絡NSFCNET于1999年建設，2001年驗收。2001年CERNET(CERNET2)。因特網(wǎng)發(fā)展的第一階段第一個分組交換網(wǎng)

ARPANET

最初只是一個單個的分組交換網(wǎng)。ARPA

研究多種網(wǎng)絡互連的技術。1983年TCP/IP協(xié)議成為標準協(xié)議。同年，ARPANET分解成兩個網(wǎng)絡：ARPANET——進行實驗研究用的科研網(wǎng)MILNET——軍用計算機網(wǎng)絡1983~1984年，形成了因特網(wǎng)

Internet。1990年

ARPANET

正式宣布關閉。因特網(wǎng)發(fā)展的第二階段1986年，NSF建立了國家科學基金網(wǎng)。NSFNET。它是一個三級計算機網(wǎng)絡：

主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)1991

年，美國政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)轉交給私人公司來經(jīng)營，并開始對接入因特網(wǎng)的單位收費。1993年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到45Mb/s（T3速率）。

三級結構的因特網(wǎng)各網(wǎng)絡之間需要使用路由器來連接。有時在結構圖中可不畫出路由器。校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)國家主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)路由器三級結構的因特網(wǎng)主機到主機的通信可能要經(jīng)過多種網(wǎng)絡。校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)國家主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)因特網(wǎng)發(fā)展的第三階段從1993年開始，由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個商用的ISP網(wǎng)絡所代替。

1994年開始創(chuàng)建了4個網(wǎng)絡接入點NAP(NetworkAccessPoint)，分別由4個電信公司經(jīng)營。NAP就是用來交換因特網(wǎng)上流量的結點。在NAP中安裝有性能很好的交換設施。到本世紀初，美國的NAP的數(shù)量已達到十幾個。從1994年到現(xiàn)在，因特網(wǎng)逐漸演變成多級結構網(wǎng)絡。

多級結構的因特網(wǎng)大公司地區(qū)ISP網(wǎng)絡接入點NAP（對等點）公司校園網(wǎng)主干服務提供者校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)本地ISP地區(qū)ISP地區(qū)ISP地區(qū)ISP本地ISP本地ISP大公司大公司網(wǎng)絡接入點NAP（對等點）主機到主機的通信可能經(jīng)過多種

ISP。1.3計算機網(wǎng)絡的標準化工作1.3.1標準化組織國際標準化領域相關組織國際標準化組織(InternationalStandardsOrganization,ISO)。電氣電子工程師協(xié)會(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)。因特網(wǎng)標準化機構因特網(wǎng)協(xié)會(InternetSociety,ISOC)。因特網(wǎng)體系結構委員會(InternetArchitectureBoard,IAB)。因特網(wǎng)工程部(InternetEngineeringTaskForce,IETF)。因特網(wǎng)研究部(InternetResearchTaskForce,IRTF)。1.3.1標準化組織因特網(wǎng)編號管理局(InternetAssignedNumbersAuthority,IANA)，Internet名字和號碼分配公司(ICANN)。RFC編輯部(RFCEditor)，RFC(RequestForComments,請求評注)文檔。電信界標準化組織國際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)。下屬的電信標準化部門ITU-T，前身為國際電報電話咨詢委員會(CCITT)，其標準稱為“建議”，政府可以按自己的意愿決定是否采用。1.3.2RFC文檔標準化進程中(StandardsTrack)。最好的當前實踐(BestCurrentPractice)。非標準的(Non-Standards)。關于因特網(wǎng)的標準化工作因特網(wǎng)協(xié)會ISOC因特網(wǎng)研究指導小組IRSG因特網(wǎng)研究部IRTF因特網(wǎng)工程部IETF因特網(wǎng)工程指導小組IESG…RGWG……RG…領域領域因特網(wǎng)體系結構研究委員會IABWGWGWG各種RFC之間的關系因特網(wǎng)草案建議標準草案標準因特網(wǎng)標準歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC6種RFC1.4計算機網(wǎng)絡的主要性能指標“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。更常用的帶寬單位是千比每秒，即k