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1、计算机网络概述,第1章,本章要点：, 计算机网络的定义 计算机网络的形成与发展 计算机网络的分类、功能、应用和组成 计算机网络的拓扑结构,1.1 计算机网络的定义,计算机网络是指将不同地理位置且功能相对独立的多个计算机系统通过通信线路相互连接在一起、由专门的网络操作系统进行管理，以实现资源共享、互操作和协同工作的系统。,“地理位置不同”是指计算机网络中的计算机通常都处于不同的地理位置。 “功能相对独立”是指相互连接的计算机之间不存在互为依赖的关系，它们是在网络协议控制下协同工作的。作为各自独立的计算机系统，它们具有各自独立的软件和硬件，任何一台计算机都可以脱离网络进行独立工作。 当这些地理位置
2、不同的计算机组成计算机网络时，必须通过通信线路将它们互联起来。通信线路由通信介质和通信控制设备组成。但是，单纯依靠计算机之间的物理连接是远远不够的，为了使这些功能相对独立的计算机之间实现有效的资源共享，还必须提供具备网络软、硬件资源管理功能的系统软件，这种系统软件就是网络操作系统。 组建计算机网络的根本目的是为了实现资源共享。这里的资源既包括计算机网络中的硬件资源，如磁盘空间、打印机和绘图仪等，也包括软件资源，如程序和数据等。互操作（Interoperation 或interoperability）和协作处理（Interworking）是计算机网络应用中更高层次的要求特性。它需要有一种机制能支
3、持互连网络环境下的异种计算机系统之间的进程通信、互操作，实现协同工作和应用集成。,1.2 计算机网络的形成与发展,1969年，美国国防部高级研究计划局DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）研制和建立了世界上第一个分组交换网ARPANET（Advanced Research Projects Agency Net，即阿帕网），阿帕网把加利福尼亚大学洛杉矶分校、加州大学圣芭芭拉分校、斯坦福大学以及位于盐湖城的犹它州州立大学的计算机主机连接起来，彼此之间可以相互通信和共享信息。ARPANET就是Internet的雏形。,1计算机网络的发展过程
4、,计算机网络的发展已经历了四个阶段： （1）第一阶段面向终端的计算机通信网 （2）第二阶段以通信子网为中心的计算机网络 （3）第三阶段标准、开放的计算机网络 （4）第四阶段高速、智能的计算机网络 （5）网络发展趋势,第一阶段面向终端的计算机通信网,在20世纪50年代，由于计算机的造价昂贵，计算机资源匮乏且放置集中，需要使用计算机的用户亲自携带程序，到放置计算机的机房进行手工操作，为用户使用计算机带来了极大的不便。而具有收发功能的终端机（Terminal）的出现解决了这一问题，人们通过通信线路将计算机与终端相连，通过终端进行数据的发送和接收，这种“终端通信线路计算机”的模式被称为远程联机系统，由
5、此开始了计算机和通信技术相结合的年代，远程联机系统就被称为第代计算机网络。 远程联机系统为了适应多台终端与一台计算机相连的情况，通常在计算机与终端间加入了多重线路控制器（MCU）。计算机不仅要完成数据处理工作，还要承担终端和计算机之间的通信工作，随着接入计算机终端的不断增加，大量的通信任务会大大降低计算机的数据处理效率；由于该系统中每个终端都单独使用一条线路与计算机相连，导致线路利用率很低。 为了解决上述性能方面的问题，出现了采用前端机（FrontEnd Processor，简称FEP）和线路集中器的远程联机系统。前端机被用来专门处理通信任务，从而将计算机解放出来专门用于处理数据。这样既增加了
6、通信的可靠性，又提高了数据处理的效率。,第二阶段以通信子网为中心的计算机网络,远程联机系统发展到一定的阶段，计算机用户希望使用其他计算机系统的资源。同时，拥有多台计算机的大企业也希望各计算机之间可以进行信息的传输与交换。于是在20世纪60年代出现了以实现“资源共享”为目的的多台计算机互联的系统。在这个阶段，对整个系统的通信可靠性和准确性提出了更高的要求。系统采用在计算机和线路之间设置通信控制处理机（Communication Control Processor，简称CCP）的方式来提高系统性能。各CCP之间构成的通信子网成为整个网络的内层，网络上的主计算机（专门负责数据处理）和终端构成了资源子
7、网，为整个网络的外层。通信子网为资源子网提供信息传递服务，用户不仅共享通信子网的资源，而且还共享资源子网的软、硬件资源。图1-1中，运行用户应用程序的主计算机称为主机（Host），执行通信控制处理的CCP称为接口信息处理机（Interface Message Processor，IMP）。IMP之间以存储转发方式交换信息，以这种方式传递分组信息的通信子网又被称为分组交换网。,这一阶段结构上的主要特点是：以通信子网为中心，多主机多终端。1969年在美国建成的ARPANET是这一阶段的代表。在ARPANET中，IMP是实现分组交换的结点，一般由小型机或微型机来实现，通常称其为结点机。在ARPANE
8、T上首先实现了以资源共享为目的不同计算机互联的网络，它奠定了计算机网络技术的基础，成为今天因特网的前身。,第三阶段标准、开放的计算机网络,20世纪60年代末ARPANET的成功应用极大地刺激了各计算机公司对网络的热衷，自70年代中期开始，各大公司在宣布各自网络产品的同时，也公布了各自采用的网络体系结构标准，提出成套设计网络产品的概念。例如，IBM公司于1974年率先提出了“系统网络体系结构”（SNA），DEC公司于1975公布“分布网络体系结构”（DNA），UNIVAC公司则于1976年提出了“分布式通信网络体系结构”（DCA）。 这个时期，不断出现的各种网络虽然极大地推动了计算机网络的应用，
9、但是众多不同的专用网络体系标准给不同网络间的互联带来了很大的不便。鉴于这种情况，国际标准化组织ISO（International Organization for Standardization）于1977年成立了专门机构从事“开放系统互联”问题的研究，目的是设计一个标准的网络体系模型。1984年ISO颁布了“开放系统互联基本参考模型（Open System Interconnection / Reference Model，OSI/RM）”，这个模型通常被称作OSI参考模型。只有标准的才是开放的，OSI参考模型的提出引导着计算机网络走向开放的标准化的道路，同时也标志着计算机网络的发展步入了成
10、熟的阶段。,第四阶段高速、智能的计算机网络,从20世纪80年代末开始，随着通信技术，尤其是光纤通信技术的发展，计算机网络技术得到了迅猛发展。光纤作为一种高速率、高带宽及高可靠性的传输介质在各国的信息基础建设中被逐渐广泛使用，为建立高速的网络铺垫了基础。千兆乃至万兆传输速率的以太网已经越来越多地被用于局域网和城域网中，而基于光纤的广域网链路的主干带宽也已达到10G数量级。网络带宽的不断提高，更加刺激了网络应用的多样化和复杂化，多媒体应用在计算机网络中所占的份额越来越高；同时，用户不仅对网络的传输带宽提出越来越高的要求，对网络的可靠性、安全性和可用性等也提出了新的要求。为了向用户提供更高的网络服务
11、质量，网络管理也逐渐进入了智能化阶段。包括网络的配置管理、故障管理、计费管理、性能管理和安全管理等在内的网络管理任务都可以通过智能化的网络管理软件来实现。计算机网络已经进入了高速、智能的发展阶段。,网络发展趋势,首先，开放性是计算机网络系统发展的一个重要方向。因特网（Internet）之所以能够风靡全球，正是它所依据的TCP/IP协议已成为事实上的计算机网络通信体系结构的国际标准。 其次，发展通信技术。将采用先进的光通信技术，传输介质将广泛使用高速的宽带光纤。 第三，改进计算机IP地址表示方法。将采用更多位的表示法；目前正在试用的IPv6方案使用128位的IP地址，使地址空间变得无比巨大。 第
12、四，电信网、电视网与计算机网的“三网合一”。“三网合一”虽然还存在技术和体制等方面的问题，但光纤到家、家用信息电器、VOD视频点播、IP电话、网络会议、多媒体网络教学、智能大厦等与此有关的技术和产品正在迅猛发展，21世纪的现代计算机网络必定是进一步融合电信、电视等更广泛的功能，并渗入千家万户的多媒体计算机网络。 第五，发展网络安全技术。如何保证网络信息传输和使用的安全性，将制约着网络应用的发展；安全性的范围较宽，包括信息传输、存储的安全性、可靠性，控制各种信息的使用权限等。 第六，为应用服务的发展趋向。目前，网络应用系统体系结构的研究、网络应用软件开发工具的研究、分类应用系统规范和标准化的研究
13、，以及综合应用系统集成方法的研究等非常活跃，并取得了很大进展。如各种管理信息系统、办公自动化系统、决策支持系统、事务处理系统、信息检索系统、远程教育系统、指挥控制系统及综合的集成制造系统、电子商务系统等，各行各业的不同用户也越来越需要依赖具体的应用软件来使用网络，体现了计算机网络系统为应用服务的发展方向。,2Internet在我国的发展,我国非常重视信息基础设施的建设，注重与Internet的连接。目前，已经建成和正在建设的信息网络，对我国科技、经济、社会的发展以及与国际社会的信息交流产生着深远的影响。Internet在中国的发展经过了两个阶段，即起步阶段和发展阶段。 （1）起步阶段 （2）飞
14、速发展阶段 （3）中国Internet骨干网,（1）起步阶段,80年代初至1993年是Internet在中国的起步阶段，国内的科技工作者开始接触Internet资源。 1987年9月由北京计算机应用技术研究所和德国卡尔斯鲁厄大学合作的CANET（Chinese Academic Network）在北京计算机应用技术研究所内正式建成中国第一个国际互联网电子邮件节点，并于9月14日发出了中国第一封电子邮件：“Across the Great Wall we can reach every corner in the world”（越过长城，走向世界），揭开了中国人使用互联网的序幕。这封电子邮件是通
15、过意大利公用分组网ITAPAC设在北京的PAD机，经由意大利ITAPAC和德国DATEX-P分组网，实现了和德国卡尔斯鲁厄大学的连接，通信速率最初为300b/s。随后，CANET开始向我国的科研、学术、教育界提供Internet电子邮件服务。 1989年，中国科学院高能物理所通过美国斯坦福加速器中心主机的转换，实现了国际电子邮件的转发。由于有了专线，通信能力大大提高，费用降低，促进了Internet在国内的应用和传播。 1990年10月，中国正式向国际Internet信息中心登记注册了最高域名“CN”，从而开通了使用自己域名的Internet电子邮件。继CANET之后，国内其它一些大学和研究所
16、也相继开通了Internet电子邮件连结。 1994年1月，美国国家科学基金会接受我国正式接入Internet的要求。同年4月20日，以NCFC工程连入Internet国际专线为标志，中国与Internet全面接触。同年5月，中国联网工作全部完成。中国政府对Internet进入中国表示认可，中国网络的域名也最终确定为“CN”。,（2）飞速发展阶段,从1994年开始至今，中国实现了和Internet的TCP/IP连接，从而逐步开通了Internet的全功能服务，大型计算机网络项目正式启动，Internet在我国进入了飞速发展时期。 目前，Internet在我国已经十分普及，对经济、教育、科技的发展，甚至日常生活都带来了重要影响。根据中国互联网络信息中心（CNNIC）统计，截止到2007年12月31日，中国网民总人数达到2.1亿，仅次于美国2.15亿的网民规模，位居世界第二；中国家庭上网计算机数达到7800万；中国域名总数已达到1193万个、网站数量达到150万个；CN域名总数已达到900万个、网站数达100.6万；中国拥有的I
