第1章绪论

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1、第1章 绪 论,计算机网络,计算机网络（Computer Networks）是20世纪下半叶最引人注目的科学成果之一。 计算机网络既是一站具有吸引力的信息科学学科，又是一种具有活力的信息技术IT（Information Technology）。 它是多种信息学科技术相互渗透和结合的产物，是建立信息高速公路（Information Highway）、国家信息基础设计NII（National Information Infrastructure）和全球信息基础设计GII（Clobal Information Infrastructure）的重要物质和技术基础。,1.1 计算机网络的发展,计算机网络

2、可看成是计算机与通信技术相结合的产物。 它可通过通信链路或传输介质将多个基于计算机系统的节点互连起来，其中包括特定的网络硬件、网络软件及协议，可实现节点之间的相互通信和资源共享。,计算机： 人脑间单模型，用电子部件制成， 能高速自动完成大量运算。 *模型: 冯.诺依曼模型-五大硬件 *电子部件: 电子管 、晶体管 、集成电路 、大规模集成电路 *计算机机型: 巨型机 、大型机 、中型机 、小型机 、微型机 、 单板机、单片机、嵌入式计算机、传感器,计算机网络： 将不同地理位置的计算机按相应的网络通信协议用网络传输介质和网络互连设备按一定的拓扑结构连接起来的网络 * 地理位置：广域网、城域网与局

3、域网 * 计算机： 客户机、服务器、工作站 （巨大中小）微型机-互联网 单板机、单片机、嵌入式计算机、传感器 -物联网 * 网络通信协议：TCP/IP、IPX/SPX 等 * 网络传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤 红外线、微波、无线波 * 拓扑结构： 星型拓扑结构、 （总线型、环型、树型、全 互连）、 混合型拓扑结构,*网络互连设备： 中继器（Repeater） 集线器（HUB） 网桥（Bridge） 网关（Gateway） -（四层以上） 路由器（Router）-（三层） 交换机 ：二层交换机、三层交换机 国际互联网（Internet）： 使用TCP/IP网络通信协议进行通信并与开放的国际互

4、联网（Internet）互连的络。,计算机网络的发展演进主要经历了以下几个阶段： （1）早在20世纪50年代初期，美国半自动地面防空系统（SAGE）就开始远程雷达与其他测量控制设备通过通信线路连接到一台IBM AN/FSQ-7中央计算机上，这被认为是首次将计算机与通信技术相结合的重要尝试。 （2）20世纪60年代初期，美国航空公司建成了飞机订票系统SABRE-1。该系统以一台大型计算机作为中央计算机，连接了遍布美国的2000多台终端。这类系统实际上是一种分时多用户（终端）系统或称为面向终端的联机（网络）系统。,60年代末，美国国防部高级研究计划局ARPA建成了著名的远程分组交换网络ARPA网。

5、继ARPA网之后，世界上又先后出现了各种远程网络或广域网络WAN（Wide Area Networks）。它们一般都采用报文分组交换方式，通信信道采用宽带传输，网络覆盖的距离较远。这类网络通常被叫做计算机-计算机网络。 1969年，美国贝尔（Bell）实验室Newhall等人还发明了纽荷尔（Newhall）环形网络，其基本原理被后来的令牌环继承。,（3）20世纪70年代，计算机网络开始向着体系结构标准化的方向迈进。1974年，IBM公司首先提出了系统网络体系结构SNA标准。1975年，DEC公司也公布了数字网络体系结构DNA标准。国际标准化组织（ISO）1977年成立了计算机与信息处理标准化委

6、员会下属的开放系统互连分技术委员会。1981年，ISO正式提出了“开放系统互连（OSI）基本参考模型”的国际标准，传输控制协议/网际协议（TCP/IP）也逐渐得到了工业界、学术界以及政府机构的认可。 70年代也是局域网的一个重要发展阶段，1972年，美国贝尔实验室Pierce等人发明了皮尔斯（Pierce）环，同年由加州大学开发的分布式计算系统（DCS）。1976年Xerox公司发明了以太网络（Ethernet），1974年剑桥大学开发了有名的剑桥环（Cambridge-Ring）；美国俄亥俄州立大学的M.T.Liu和Babic等人研制出分布式环形计算机网络（DLCN）。,（4）20世纪80年

7、代被称为局域网络LAN时代（Local Area Networks）时代。这一阶段的基本特点是局域网络开始得到大规模的发展，其研制工作由实验研究开始向产品化、标准化方向发展。 （5）20世纪90年代被称为Internet时代。1991年，美国高速公路法案的创始人Albert Gore的儿子Al.Gore（时任副总统）提出了另一种高速公路法案，即所谓信息高速公路法案。,90年代以来，Internet获得了迅猛发展。各种高速计算网络大量涌现。各种宽带综合业务数字网（B-ISDN）、多媒体通信网、智能网、无线移动网等也获得了迅速发展。万维网WWW技术的日趋成熟，有力地促进了Internet的推广应用

8、。 此外，三网合一也已形成一种时尚趋势。“三网”主要是指电信网、有线电视网和计算机网络。 （6）21世纪是以网络为核心的信息时代。万兆位以太网等高速网络获得了迅速发展。 总之，计算机网络将朝着高速、宽带、智能、多媒体、QoS及移动网络的总趋势不断发展。,1.2 Internet的演进,1.2.1 国外Internet的发展 1969年，Internet的前身ARPA网正式建成。目前，ARPA网的初衷主要是用于军事目的。 1984年，ARPA网开始分解成两个网络：一个仍叫做ARPA网，它主要用做民用科研网；另一个为军用计算机网络MILNET。 1986年，美国国家科学基金会（NSF）建立了国家科

9、学基金网NSFNET。它是一个三级计算机网络，其中包括主干网、地区网和校园网，NSFNET后来接管了ARPA网，并将其更名为Internet。当时NSFNET的主干网的数据传输速率只有56 kb/s。,在19891990年，NSFNET主干网的数据传输速率提高到1.55 Mb/s，并且成为Internet中的主干网。1990年，ARPA网正式宣布关闭。 20世纪80年代中后期，基于NSFNET的Internet主要应用于科学研究。 20世纪90年代，Internet开始应用于商业目的。 20世纪90年代初期，欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网WWW为在Internet上存储、发布和交换超文

10、本的图文信息提供了强有力的工具。,1993年，美国伊利诺依大学开发成功了网上浏览工具Mosaic，进而发展成为Netscape，WWW与Netscape的结合，引发了Internet发展的新高潮。各种商业机构在Internet上大做Web主页广告，进行网上商业活动，一个网络上的虚拟空间（Cyberspace）开始形成。 1993年，美国正式实施国家信息基础设计（NII）。 1996年，美国提出研制和建造新一代Internet的设想。即“NGI计划”。 NGI的目标是：开发新一代网络结构。,21世纪初叶，移动Internet，基于宽带码分多路复用（W-CDMA）的移动通信网络，三维Interne

11、t，其于波分复用（WDM）或IP over DWDM（密集波复用）的光Internet，全光Internet，可编程Internet等高性能Internet技术将会取得更大的进展。Internet在网络管理、安全性、可靠性、服务质量（QoS）保证等方面也会有更大的改进。,1.2.2 Internet在国内的发展 1996年，中国金桥信息网CHINAGBN正式向社会提供服务。 中国教育与科研网CERNET于1994年由教育部开始建设。CERNET是一个三级结构的计算机网络，包括主干网（用速率为64 kb/s的数字数据网络（DDN）专线连接）、地区网（全国共分8个地区）和校园网。CERNET的网管

12、中心设在清华大学。2000年，全国大部分高等学校已连入该网，并将主干网的数据传输速率提高到2 Mb/s以上。,中国科学技术网CSTNET是由中国科学院负责建设和管理的网络。CSTNET于1994年4月接入Internet，是我国最早完成与Internet相连接的互连网络。CSTNET主要包括3大部分： （1）北京中关村地区教育与科研示范网； （2）中国科学院院网； （3）接入网和用户电话拨号入网。“中国互联网络信息中心（CNNIC）”就是在CSTNET和中科院网络信息中心的基础上成立的。,CHINANET始建于1995年，由中国电信负责运营。 主干网是CHINANET的主要信息通路，由各直辖市

13、和各省会城市的网络节点构成；接入网则由各省、自治区内建设的网络节点构成。 CHINANET在北京、上海和广州分别设有高速国际出口线路与Internet互连。,1.3 计算机网络的组成,计算机网络可由网络硬件、网络软件及协议组成。 1.3.1 网络硬件 网络硬件可包括：工作站、服务器、连网部件和通信介质等。 1工作站 这里的“工作站”可泛指连网的各类计算机，当然也应该包括一些高性能的专用工作站。此外，还可包括手提电脑（HPC）、掌上电脑、便携式计算机等。它们都可看成资源子网的主设备。,计算机网络在我国的发展,(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET (2) 中国教育和科研计算机网 CERN

14、ET (3)中国网通公用互联网 CNCNET (4) 中国联通互联网 UNINET (5) 中国科学技术网 CSTNET (6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET (7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中） (9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）,2服务器 服务器（Server）可分为专用服务器和基于普通微型机系统的服务器。前者一般具有较高的CPU速率和较大的存储容量，较适于大中型应用系统的组网；后者的性能一般要低一些，较适于小型应用系统的组网。 根据服务器所提供的服务功能的不同，服务器又可包括：文件服务器、数据库服务器、域名服务器、电子

15、邮件（E-mail）服务器，Web服务器、打印服务器、通信服务器、远程拨号访问服务器，以及其他各类专用服务器等。 服务器的性能主要取决于服务器的CPU、磁盘I/O、总线I/O、系统缓存（Cache）及系统内存RAM及硬盘等因素。,3连网部件 主要包括网卡、调制解调器、连接器、收发器、终端匹配器、FAX卡、集线器、交换机等。在网际互连环境下，还可包括中继器、网桥、路由器、网关等。 4通信介质 通信介质或传输介质（媒体）或包括硬缆：同轴电缆、双绞线、光纤等；软缆：微波、无线电、激光、线外线、卫星信道等。 在 Internet/Intranet环境下，网络硬件还应包括网管工作站和防火墙等。,1.3.

16、2 网络软件及协议 1网络软件 网络软件主要包括：网络操作系统NOS、管理软件（如安全、审计、计费、出错、配置等）、交换与路由软件、网络应用软件等。 （1）网络操作系统是网络最重要的系统软件之一。较典型的NOS可包括：NetWare、Windows NT、Windows 2000、UNIX、Linux等。 （2）管理软件主要用于管理计算机网络用户与网络的接入认证。,（3）交换与路由软件主要为多通信实体之间建立和维护信息传输所经由的路径。 （4）网络应用软件主要用于网络用户提供网络服务。它可分为两类： 一类是由网络软件厂商开发的通用应用软件、工具，包括电子邮件、Web服务器及相应的浏览搜索工具等。 另一类应用软件则依赖于不同的用户业务的。人们往往把这一类应用软件的开发与网络建设一起称为系统集成（System Integration）。,2网络协议 在大多数场合下，网络协议是以网络协议软件的形式出现的。但低层协议功能往往也离不开硬件的支持。网络协议是依附于一定的