计算机网络与因特网概述

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1、因特网的基本概念： 人类赖以生存和发展的三类资源为物质资源、能量资源和信息资源，其中信息资源是更高层次的战略资源，它能合理地利用和配置物质资源、能量资源，并使其发挥最佳效益。它的重要地位越来越多地为人们所认识。在当今信息时代中，如何充分利用信息资源的价值，是需要人们迫切解决的问题。计算机作为信息处理的工具，为人类处理信息提供了理想的手段。但是在什么环境下使用计算机，直接关系到信息利用的价值。如果采用单机单用的使用环境，信息局限于一个局部的范围，这只是一种低层次的使用，并没有充分发挥信息的价值。信息的价值体现在交流与共享，而当今实现信息资源共享的主要手段之一就是计算机网络，人们研究计算机网络技术

2、的最终目的就是实现通信与资源共享。 在计算机网络中，实现资源共享的前提条件是数据通信。所以说，计算机网络是计算机技术与现代通信技术紧密结合的产物。计算机技术研究的是信息处理，现代通信技术研究的是信息传播与交流，二者均属IT(Information Technology)技术。一方面，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要手段；另一方面，计算机技术的发展又提高了通信技术的性能。二者互为促进而发展。随着社会信息化水平的提高，信息的交流技术和信息处理技术相融合产生的计算机网络技术是必然趋势。无论是计算机和通信C&C(Computer&Communication)还是计算机通信Compunic

3、ation(Computer+Communication)已经成为这一边缘技术的同义语。计算机网络对IT技术做出的突出贡献是使信息的快速交流和资源的高度共享成为现实，使信息的采集、存储、处理、传输等技术融为一体。计算机网络已经成为信息化社会最重要的基础设施。计算机网络的诞生使得计算机使用环境发生了巨大变化，也改变了人们使用计算机的观念。计算机网络是计算机应用的最高境界，“网络就是计算机(Network is Computer!)”的观念已深入人心。今后人们对PC的理解更多是作为人与网络的接口，所以一度对个人计算机是PC还是NC之争当属自然。网络有许多不同的类型，为我们提供各种服务。在一天的生活

4、中，我们可能要打电话、看电视、听收音机、上网搜索资料，甚至与另一个国家的人玩视频游戏。所有这些活动都要依赖稳定、可靠的网络来完成。网络将世界各地的人和设备连接到一起。人们在使用网络时，无需知道网络的运行原理，也无法想像没有网络的世界会是什么样子。 计算机像人一样，也要按照规则或协议进行通信。 协议在本地网络上尤其重要。在有线环境中，本地网络定义为所有主机必须“讲同一种语言”（用计算机术语表示就是“共享一个公共协议”）的区域。 如果同一间房里的每个人都讲不同的语言，肯定无法交流。同样，如果本地网络中的设备不使用同一个协议，就无法互相通信。协议是网络中最重要的软件，规定了具体通信的规则，其中包括编

5、码规则、数据封装规则、数据表示规则、数据同步处理规则等。网络交换技术： 一般交换是有网络的中间设备完成，如电话网的程控交换机，计算机网络的路由器，交换机等。网络交换技术从最早的电话网对应的电路交换技术到二战时的报文交换技术，最终形成计算机网络使用的分组交换技术。交换按照某种方式动态的分配传输线路的资源，从输入链路连通输出链路。网络交换技术：电路交换技术，分组交换技术，报文交换技术 两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。 五部电话机需要几根线？（10根） 使用了程控电话交换机后呢？ 电路交换(Circuit Switching)是指数据传输期间，在源站点与目的站点之间建立专用电路链接，数

6、据传输结束之前，电路一直被占用，而不能被其他节点所使用。用电路交换技术完成的数据传输要经历以下三个阶段。1. 电路的建立 在传输数据之前，源端先经过呼叫过程以建立一条端到端(站到站)的电路。2. 数据传输3. 电路拆除 数据传输结束后，由通信的某一方发出拆除电路请求(信令)，对方作出响应并释放链路。被拆除的信道空闲后，可被其他连接请求所使用。 电路交换的优点是：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。 电路交换的缺点是：电路接续时间长；通信双方占有一条信道后，即使不传送数据其他用户也不能使用，造成信道容量的浪费，而且当数据传输阶段的持续时间很短暂时，电路建立和拆除所用的时间也得不偿失

7、；当用户终端或网络节点负荷过重时，可能出现呼叫不通的情况，即不能建立电路连接。电路交换适用场合：数据传输要求质量高且批量大的情况。在数据传送开始之前必须先建立一条专用的电路，在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高，电路交换的典型例子是电话通信网络。 电路交换最典型的例子就是打电话，当打电话时，别人无法打进同一个电话，资源独占。每次打电话时首先要拨号建立连接，打完电话需要挂机释放连接，属于面向连接的服务。 普通电话的通信质量比较高，价格贵。 注意拨打普通电话和拨打IP电话的区别，拨打普通电话使用的是电话网通信，属于电路交换技术，拨打IP电话使用的IP网络，属

8、于分组交换技术。由于计算机网络的通信特点决定了计算机数据不适合使用电路交换技术，而应该使用分组交换技术。如图显示，报文发送之前会分成若干小的数据段，每个数据段需要添加首部（尾部）形成分组，保证数据能正确到达对方，并能正确组装。分组在通信时，路由器收到分组后先存储再决定输出链路转发。对于串行链路而言，宏观上不同主机可以同时占用链路通信，但是注意微观上一个时刻只能一个主机占用链路，当链路空闲时，其他主机可以占用信道，从而达到资源共享的目的。计算机网络通信链路绝大部分使用的是串行链路。 根据分组交换网络的路由选择模式，可以将分组交换网分成数据报网络和虚电路网络。 在数据报中，每个数据包被独立地处理，

9、就像在报文交换中每个报文被独立地处理那样，每个节点根据一个路由选择算法，为每个数据包选择一条路径，使它们的目的地相同。 在数据报(Datagram)方式中，每个分组的传送是被单独处理的，就像报文交换中的报文一样也是独立处理的。每个分组被称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点接收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所存储的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报发送到下一个节点。因此，当某一个站点要发送一个报文时，先把报文拆成若干个带有分组序号和地址信息的数据报，依次发送到网络节点。各个数据报所走的路径可能不同，各个节点可以随时根据网络流量、故障等情况动态选择路由，从而

10、各个数据报的到达不保证是按顺序的，甚至有的数据报会丢失。在整个过程中，没有虚电路建立，中间节点要为每个数据报作路由选择。数据报网络总结: 由目标地址来决定下一跳(hop)。在一次通信会话过程中,路由可能发生变化(即可能一个文件的不同分组走不同过的路）。可靠性不高，但是速度快，无需建立连接。类比: 开车问路 。因特网使用的模式。 在虚电路中，数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上的连接，但它并不是像电路交换中那样有一条专用的物理通路，该路径上各个节点都有缓冲装置，服从于这条逻辑线路的安排，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行输出排队和转发，这样每个节点就不需要为每个数据包作路

11、径选择判断，就好像收发双方有一条专用信道一样。虚电路网络总结: 发送分组之前会建立一条虚拟的电路。 每个分组携有标签 (虚电路 ID), 由标签来确定下一跳。 在连接建立阶段确定固定的路由, 全部数据通过同一条路传递。路由器为每个正在通信中的连接维持状态。因特网之所以选择数据包网络，是因为数据包网络传输速度快，而可靠性可以由高层协议支持。目前因特网也借鉴了虚电路的许多QoS特性，例如新一代因特网IPv6。分组交换中虚电路提供面向连接的服务。不同的交换方式应用不同的领域，各有优势和不足。分组交换网络的分组划分应当根据链路的可靠程度定义，一般原则是在分组大小在出错概率小的前提下经可能的大。报文交换

12、采用的是存储转发机制。数据包网络的路由器只根据目标地址决定下一跳。2M带宽的计算方式单位是2Mbit/s2000000bit/s,而计算机软件中显示的下载速度单位是Byte/s,存在8倍的关系。带宽是最高的吞吐量，吞吐量是实际的带宽。宽带链路一般指的是使用了复用技术使得一条链路可以并行的同时供多个用户使用，从而实现高带宽的链路。例如现在最常见的ADSL因特网接入技术就属于宽带链路。链路也称为串行链路，指的是链路一个时刻只能一个用户占用，且数据串行传输。窄带链路带宽不一定低。很多局域网如以太网使用的就是窄带链路，但是带宽可以达到10000Mb/s。 分组交换网络的延迟主要包括：传输延迟： 由带宽

13、，数据大小，链路特性，网络特性决定。传播延迟： 分组从链路的一端传播到另一端花费的时间。由传播介质，链路长度决定。结点处理延迟：分组在路由器排队等待，路由器查找转发表花费的时间。由网络拥塞程度、转发表规模、路由器性能决定。往返时延RTT是网络延迟的综合指标，许多实用的网络工具都包含往返时延的计算。星型拓扑结构 星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话属于这种结构。星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。 这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特

14、点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。同时它的网络延迟时间较小，传输误差较低。但这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。 环型网络拓扑结构 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。 环行结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点

15、到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。 总线拓扑结构 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。 使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询