计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 () 组 成 计 算 机 网 络 的 每 台 计 算 机 都 是 独 立 的 即 计 算 机 之 间 没 有 明 显 的 主 从 关 系, 每 台 计 算 机 可 以 连 网 工 作, 也 可 以 不 连 网 工 作 (2) 建 立 计 算 机 网 络 的

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1 计 算 机 网 络 初 探 描 述 随 着 计 算 机 网 络 技 术 的 发 展, 给 我 们 的 工 作 和 生 活 带 来 了 极 大 的 便 利, 本 将 学 习 计 算 机 网 络 的 相 关 知 识, 并 能 利 用 所 学 网 络 知 识 对 实 际 问 题 进 行 分 析 探 讨 ; 感 受 网 络 的 神 奇 作 用, 激 发 对 网 络 技 术 的 求 知 欲 ; 认 识 到 信 息 技 术 飞 速 发 展 的 同 时, 也 推 动 了 人 类 学 习 生 活 方 式 的 深 刻 变 革, 了 解 社 会 发 展 和 科 技 进 步 的 相 互 作 用 工 作 任 务 了 解 计 算 机 网 络 的 基 本 概 念 掌 握 计 算 机 网 络 体 系 结 构 认 识 Internet 与 TCP/IP 体 系 结 构. 任 务 : 了 解 计 算 机 网 络 基 本 概 念 计 算 机 网 络 是 计 算 机 技 术 和 通 信 技 术 发 展 的 产 物, 它 在 不 断 提 高 的 社 会 需 求 的 促 进 下 得 到 了 迅 速 的 发 展 建 立 计 算 机 网 络 首 先 要 了 解 计 算 机 网 络 的 相 关 基 础 知 识, 为 局 域 网 的 建 设 打 好 理 论 基 础.. 计 算 机 网 络 的 定 义. 计 算 机 网 络 的 定 义 随 着 计 算 机 科 学 技 术 和 通 信 技 术 水 平 的 不 断 提 高, 人 们 发 现 单 机 已 经 不 能 满 足 社 会 的 需 求 为 了 使 更 多 的 资 源 得 到 共 享, 就 必 须 把 单 机 连 接 成 网 络, 同 时 对 计 算 机 传 输 介 质 和 操 作 系 统 等 进 行 说 明, 这 样 就 形 成 了 计 算 机 网 络 的 定 义 : 即 将 处 于 不 同 地 理 位 置 的 相 互 独 立 的 计 算 机, 通 过 通 信 设 备 和 通 信 线 路 按 照 一 定 的 通 信 协 议 连 接 起 来, 形 成 以 资 源 共 享 和 信 息 交 流 为 目 的 的 计 算 机 互 连 系 统 我 们 可 以 通 过 下 述 三 点 理 解 这 一 概 念

2 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 () 组 成 计 算 机 网 络 的 每 台 计 算 机 都 是 独 立 的 即 计 算 机 之 间 没 有 明 显 的 主 从 关 系, 每 台 计 算 机 可 以 连 网 工 作, 也 可 以 不 连 网 工 作 (2) 建 立 计 算 机 网 络 的 目 的 是 资 源 共 享 网 络 用 户 可 以 利 用 本 地 计 算 机 访 问 网 络 中 远 程 计 算 机 的 资 源, 还 可 以 调 用 多 台 计 算 机 共 同 完 成 某 项 任 务 可 共 享 的 网 络 资 源 包 括 计 算 机 的 硬 件 资 源 软 件 资 源 和 数 据 资 源 (3) 计 算 机 之 间 在 进 行 通 信 和 信 息 交 换 时 必 须 遵 循 共 同 的 规 则, 即 协 议 协 议 是 一 组 规 则 的 集 合, 是 进 行 交 互 的 双 方 必 须 遵 守 的 约 定, 这 些 协 议 可 以 由 硬 件 和 软 件 来 实 现 2. 计 算 机 网 络 的 功 能 网 络 已 经 越 来 越 深 入 到 我 们 生 活 学 习 和 工 作 的 各 个 领 域 中, 计 算 机 网 络 的 功 能 更 是 日 益 突 显 目 前, 计 算 机 网 络 的 功 能 主 要 表 现 在 以 下 四 个 方 面 () 资 源 共 享 组 建 计 算 机 网 络 最 主 要 的 目 的 是 资 源 共 享, 这 样 既 节 省 了 投 资, 又 节 约 了 时 间 比 如, 可 以 通 过 网 络 打 印 机 完 成 本 地 的 打 印 任 务, 而 不 需 要 自 己 购 买 并 添 加 打 印 机 计 算 机 网 络 中 的 共 享 资 源 包 括 硬 件 资 源 软 件 资 源 和 数 据 资 源 硬 件 资 源 包 括 : 存 储 器 外 部 设 备 等, 它 是 共 享 其 他 资 源 的 物 质 基 础 软 件 资 源 包 括 : 各 种 语 言 处 理 程 序 服 务 程 序 和 各 种 应 用 程 序 等 数 据 资 源 包 括 : 各 种 数 据 文 件 和 各 种 数 据 库 等 (2) 数 据 通 信 数 据 通 信 是 计 算 机 网 络 最 基 本 的 功 能 利 用 计 算 机 网 络 可 以 实 现 用 户 之 间 的 通 信 数 据 通 信 包 括 电 子 邮 件 数 据 交 换 网 上 电 话 和 信 息 浏 览 等 (3) 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 可 靠 性 指 网 络 中 的 各 台 计 算 机 彼 此 互 为 后 备 机, 一 旦 某 台 计 算 机 出 现 故 障, 其 任 务 可 以 由 其 他 计 算 机 或 其 他 备 份 的 资 源 所 替 代, 避 免 了 系 统 的 瘫 痪, 提 高 了 系 统 的 可 靠 性 (4) 实 现 网 络 分 布 式 处 理 网 络 分 布 式 处 理 就 是 让 网 络 中 的 多 台 计 算 机 协 同 完 成 同 一 个 任 务, 这 样 就 解 决 了 单 机 无 法 完 成 的 信 息 处 理 任 务..2 计 算 机 网 络 的 产 生 与 发 展 946 年 第 一 台 电 子 计 算 机 诞 生 标 志 着 人 类 向 信 息 时 代 迈 进 计 算 机 应 用 的 发 展 使 得 计 算 机 之 间 对 数 据 交 换 资 源 共 享 的 要 求 不 断 增 强, 因 此 互 连 的 计 算 机 - 计 算 机 网 络 出 现 了 计 算 机 网 络 从 20 世 纪 60 年 代 开 始 发 展, 由 简 单 到 复 杂 由 低 级 到 高 级, 已 形 成 从 小 型 局 域 网 到 全 球 性 的 广 域 网 的 规 模 仅 在 过 去 的 20 多 年 里, 计 算 机 技 术 取 得 了 惊 人 的 发 展, 处 理 和 传 输 信 息 的 计 算 机 网 络 也 成 为 信 息 社 会 的 基 础 在 今 天, 人 们 的 日 常 生 活 和 工 作 已 离 不 开 计 算 机 网 络, 如 基 于 资 源 共 享 的 科 学 计 算 网 络 教 育 电 子 商 务 电 子 政 务 远 程 医 疗 电 子 邮 件 网 上 娱 乐 等 计 算 机 网 络 的 发 展 是 一 个 从 简 单 到 复 杂 从 单 机 到 多 机 的 复 杂 过 程 从 总 体 上 来 说, 大 致 经 历 了 五 个 阶 段. 面 向 终 端 的 计 算 机 网 络 阶 段 20 世 纪 60 年 代 初, 计 算 机 非 常 庞 大 和 昂 贵 为 了 共 享 资 源, 实 现 信 息 采 集 和 处 理, 相 对 便 宜 的 远 程 终 端 利 用 通 信 线 路 和 中 央 计 算 机 连 接 起 来, 形 成 了 面 向 终 端 的 以 单 计 算 机 为 中 心 的 联 机 系 统, 如 图 所 示 2

3 计 算 机 网 络 初 探 图 面 向 终 端 的 计 算 机 网 络 这 个 阶 段 的 计 算 机 体 积 庞 大 并 且 价 格 昂 贵, 所 有 的 用 户 通 过 终 端 设 备 与 主 机 连 接 在 主 机 中 通 常 配 置 中 央 处 理 单 元 存 储 单 元 和 外 围 设 备 等, 它 主 要 负 责 数 据 处 理 和 网 络 控 制, 以 构 成 网 络 的 主 要 资 源 终 端 是 网 络 中 数 目 比 较 大 且 分 布 比 较 广 的 设 备, 是 用 户 进 行 网 络 操 作 和 对 话 的 工 具 为 了 中 央 计 算 机 更 好 地 发 挥 效 率 进 行 数 据 的 处 理 与 计 算, 通 信 任 务 从 中 央 计 算 机 中 分 离 出 来, 形 成 了 通 信 处 理 机 或 称 为 前 端 处 理 机 2. 计 算 机 计 算 机 网 络 及 分 组 交 换 网 阶 段 随 着 计 算 机 技 术 和 通 信 技 术 的 进 步, 形 成 了 将 多 个 单 处 理 机 联 机 终 端 网 络 互 连, 以 多 处 理 机 为 中 心 的 网 络, 这 种 网 络 称 为 计 算 机 - 计 算 机 网 络, 简 称 计 算 机 网 络, 如 图 2 所 示 在 这 一 阶 段, 由 美 国 国 防 部 高 级 计 划 署 ARPA 建 成 了 分 组 交 换 网 ARPANET 该 网 络 横 跨 美 国 东 西 部 地 区, 主 要 连 接 政 府 机 构 科 研 教 育 及 金 融 财 政 部 门, 并 通 过 卫 星 与 其 他 国 家 实 现 网 际 互 联 ARPA 网 的 主 要 技 术 创 新 体 现 在 分 组 交 换 技 术 的 应 用 及 连 接 节 点 都 是 独 立 的 计 算 机 系 统, 而 且 信 道 采 用 宽 带 传 输, 网 络 作 用 范 围 大, 拓 扑 结 构 灵 活 另 外, 在 此 期 间 美 国 贝 尔 (Bell) 实 验 室 的 科 研 人 员 发 明 了 Newhall 环 型 网 络, 其 基 本 原 理 被 后 来 的 令 牌 环 继 承 这 个 阶 段 是 现 代 计 算 机 网 络 的 基 础, 它 将 多 个 计 算 机 终 端 连 接 起 来, 用 来 承 担 数 据 的 处 理 和 通 信, 使 用 户 不 但 可 以 使 用 本 地 计 算 机 上 的 资 源, 还 可 以 使 用 其 他 连 网 计 算 机 上 的 资 源, 形 成 了 以 传 输 信 息 为 目 的 的 计 算 机 互 连 系 统 阶 段 这 个 时 期 的 网 络 产 品 是 相 对 独 立 的, 不 同 公 司 间 的 网 络 产 品 不 能 相 互 连 网, 连 网 只 能 在 同 一 公 司 的 同 一 产 品 之 间 实 现 通 信 处 理 机 图 2 计 算 机 互 连 系 统 3. 计 算 机 网 络 体 系 结 构 标 准 化 阶 段 从 20 世 纪 70 年 代 开 始, 称 为 标 准 化 系 统 阶 段 在 该 阶 段 局 域 网 得 到 了 迅 速 的 发 展, 各 3

4 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 大 计 算 机 公 司 纷 纷 订 立 了 自 己 的 网 络 标 准, 最 终 由 国 际 标 准 化 组 织 ISO 订 立 了 开 放 系 统 互 连 基 本 参 考 模 型 的 国 际 标 准, 确 保 了 各 公 司 生 产 的 计 算 机 和 网 络 产 品 之 间 的 互 联, 推 动 了 网 络 技 术 的 应 用 和 发 展 在 这 个 时 期, 各 计 算 机 厂 商 制 定 自 己 的 网 络 技 术 标 准, 并 最 终 形 成 了 计 算 机 网 络 体 系 结 构 的 国 际 标 准 IBM 公 司 提 出 了 系 统 网 络 体 系 结 构 SNA(System Network Architecture) 标 准,DEC 公 司 提 出 了 数 字 网 络 体 系 结 构 DNA(Digital Network Architecture) 标 准 随 后, 国 际 标 准 化 组 织 ISO 成 立 了 计 算 机 与 信 息 处 理 标 准 化 委 员 会 (TC97) 下 的 开 放 系 统 互 连 分 技 术 委 员 会 (SC6), 并 于 98 年 制 定 了 开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 (OSI/RM) 计 算 机 网 络 的 一 系 列 国 际 标 准 作 为 国 际 标 准,OSI 规 定 了 可 以 互 联 的 计 算 机 系 统 之 间 的 通 信 协 议, 为 计 算 机 网 络 互 联 的 发 展 打 下 了 基 础 知 识 链 接 : 国 际 标 准 化 组 织 ISO(International Organization for Standardization) 国 际 标 准 化 组 织 ISO 成 立 于 946 年, 是 一 个 非 条 约 非 政 府 性 的 国 际 性 标 准 化 组 织, 是 世 界 上 最 大 最 具 有 权 威 性 的 国 际 标 准 化 专 门 机 构, 总 部 设 在 瑞 士 日 内 瓦 ISO 的 主 要 任 务 是 制 定 国 际 标 准, 协 调 世 界 范 围 内 的 标 准 化 工 作, 组 织 各 成 员 国 和 技 术 委 员 会 进 行 情 报 交 流, 以 及 与 其 他 国 际 组 织 进 行 合 作, 共 同 研 究 有 关 标 准 化 的 问 题 目 前 ISO 已 经 制 定 了 6500 个 国 际 标 准, 并 且 还 以 每 年 一 千 多 个 的 速 度 增 长 4. 局 域 网 标 准 化 和 发 展 阶 段 20 世 纪 80 年 代, 个 人 计 算 机 及 通 信 技 术 的 进 步 推 动 了 部 门 和 单 位 内 部 网 络 的 发 展 这 样 的 网 络 地 理 范 围 通 常 在 十 公 里 以 内, 称 为 局 域 网 在 这 一 时 期, 美 国 3 大 公 司 Xerox DEC 和 Intel 联 合 公 布 了 局 域 网 的 DIX 标 准, 以 太 网 规 范 美 国 电 子 与 电 气 工 程 师 协 会 (IEEE) 计 算 机 学 会 的 802 局 域 网 委 员 会 成 立, 并 相 继 提 出 了 IEEE 802.~802.4 等 局 域 网 标 准, 成 为 局 域 网 国 际 标 准 同 时, 随 着 光 纤 技 术 的 发 展 以 及 通 信 业 务 的 多 媒 体 化, 使 宽 带 通 信 业 务 得 到 迅 猛 的 发 展, 出 现 了 光 纤 分 布 式 数 据 接 口 (FDDI) 的 高 速 局 域 网 技 术, 也 推 动 了 分 布 式 队 列 双 总 线 (DQDB) 和 多 兆 位 数 据 交 换 服 务 (SMDS) 等 城 域 网 技 术 的 开 发 5. 互 联 网 (Internet) 及 Internet 蓬 勃 发 展 阶 段 互 联 网 (Internet) 是 泛 指 由 多 个 计 算 机 网 络 互 连 而 成 的 计 算 机 网 络, 它 使 得 相 互 连 接 的 计 算 机 用 户 可 以 进 行 通 信, 即 从 功 能 上 和 逻 辑 上 看, 这 些 机 器 互 连 在 一 起, 组 成 一 个 网 络 系 统 当 前 世 界 最 大 的 开 放 的 互 联 网 是 因 特 网 (Internet), 由 众 多 网 络 相 互 连 接 而 成 的 特 定 的 计 算 机 网 络, 采 用 TCP/IP 协 议 族 Internet 使 得 世 界 各 地 的 计 算 机 用 户 通 过 高 速 网 络 共 享 信 息 资 源 20 世 纪 90 年 代 以 来,Internet 已 成 为 计 算 机 网 络 领 域 最 引 人 注 目 也 是 发 展 最 快 的 网 络 技 术 互 联 网 始 于 60 年 代, 前 身 是 由 美 国 联 邦 政 府 开 发 的 ARPANET 网 986 年, 美 国 国 家 科 学 基 金 会 (National Science Foundation,NSF) 建 立 了 国 家 科 学 基 金 网 (NSFNET), 覆 盖 了 全 美 主 要 的 大 学 和 研 究 机 构 随 着 NSFNET 主 干 网 速 率 的 不 断 提 高, 它 成 为 Internet 的 主 要 组 成 部 分 99 年 以 来,Internet 不 断 扩 大, 各 国 的 大 学 研 究 部 门 政 府 机 构 商 业 组 织 纷 纷 接 入 尤 其 英 国 科 学 家 Tim Berners Lee 开 发 的 WWW(World Wide Web) 技 术 的 成 熟 应 用, 有 力 地 促 进 了 Internet 的 推 广 应 用 现 在 Internet 包 括 了 几 十 万 个 全 球 范 围 内 的 局 域 网, 这 些 局 域 网 通 过 主 干 广 域 网 互 联 起 来 在 互 联 网 上, 每 天 增 加 上 百 万 的 新 网 页, 成 为 现 实 社 会 最 大 的 信 息 公 告 板 与 此 同 时, 电 子 商 务 电 子 政 务 的 发 展, 进 一 步 促 进 了 信 息 技 术 的 应 用, 通 信 技 术 的 长 足 发 展 与 网 络 技 术 的 紧 密 结 合, 使 得 电 信 网 络 电 视 网 络 与 计 算 机 网 络 向 着 融 合 统 一 4

5 的 趋 势 发 展 知 识 链 接 :Internet 相 关 新 技 术 计 算 机 网 络 初 探 云 计 算 : 是 传 统 计 算 机 技 术 和 网 络 技 术 发 展 融 合 的 产 物 它 旨 在 通 过 网 络 把 多 个 成 本 相 对 较 低 的 计 算 实 体 整 合 成 一 个 具 有 强 大 计 算 能 力 的 完 美 系 统, 再 利 用 先 进 的 商 业 模 式 将 其 强 大 的 计 算 能 力 分 布 到 终 端 用 户 手 中 它 的 一 个 核 心 理 念 就 是 通 过 不 断 提 高 云 的 处 理 能 力, 进 而 减 少 用 户 终 端 的 处 理 负 担, 最 终 使 用 户 终 端 简 化 成 一 个 单 纯 的 输 入 输 出 设 备, 并 能 按 需 享 受 云 的 强 大 计 算 处 理 能 力! 云 计 算 的 核 心 思 想, 是 将 大 量 通 过 网 络 连 接 的 计 算 资 源 进 行 统 一 管 理 和 调 度, 构 成 一 个 计 算 资 源 池 向 用 户 按 需 服 务 物 联 网 : 是 新 一 代 信 息 技 术 的 重 要 组 成 部 分 顾 名 思 义, 物 联 网 就 是 物 物 相 连 的 互 联 网 这 有 两 层 意 思 : 第 一, 物 联 网 的 核 心 和 基 础 仍 然 是 互 联 网, 是 在 互 联 网 基 础 上 的 延 伸 和 扩 展 的 网 络 ; 第 二, 其 用 户 端 延 伸 和 扩 展 到 了 任 何 物 体 与 物 体 之 间, 进 行 信 息 交 换 和 通 信 因 此, 物 联 网 的 定 义 是 : 通 过 射 频 识 别 (RFID) 红 外 感 应 器 全 球 定 位 系 统 激 光 扫 描 器 等 信 息 传 感 设 备, 按 约 定 的 协 议, 把 任 何 物 体 与 互 联 网 相 连 接, 进 行 信 息 交 换 和 通 信, 以 实 现 对 物 体 的 智 能 化 识 别 定 位 跟 踪 监 控 和 管 理 的 一 种 网 络..3 计 算 机 网 络 的 组 成 与 分 类..3. 计 算 机 网 络 的 组 成 计 算 机 网 络 的 组 成 主 要 可 以 从 系 统 功 能 角 度 和 系 统 组 成 角 度 进 行 划 分. 从 系 统 功 能 角 度 划 分 从 系 统 功 能 角 度 划 分, 计 算 机 网 络 由 资 源 子 网 和 通 信 子 网 两 部 分 组 成 资 源 子 网 和 通 信 子 网 的 划 分 反 映 了 网 络 系 统 的 物 理 结 构, 同 时 还 有 效 地 描 述 了 网 络 系 统 实 现 资 源 共 享 的 方 法 () 资 源 子 网 资 源 子 网 是 网 络 中 实 现 资 源 共 享 功 能 的 硬 件 和 软 件 的 集 合, 主 要 负 责 全 网 范 围 内 的 数 据 处 理, 并 向 网 络 用 户 提 供 网 络 资 源 和 服 务 资 源 子 网 一 般 由 主 计 算 机 系 统 终 端 各 种 软 件 资 源 和 信 息 资 源 等 组 成 知 识 链 接 : 主 计 算 机 系 统 和 终 端 主 计 算 机 系 统 : 简 称 为 主 机, 可 以 是 大 型 机 中 型 机 或 微 机 主 机 是 资 源 子 网 的 主 体 设 备, 主 要 负 责 数 据 处 理 和 网 络 控 制 终 端 : 是 用 户 进 行 网 络 操 作 实 现 人 机 对 话 所 使 用 的 设 备 终 端 可 以 是 简 单 的 输 入 / 输 出 终 端, 也 可 以 是 带 有 微 处 理 能 力 的 智 能 终 端 主 要 作 用 是 将 用 户 输 入 的 信 息 转 变 为 适 合 传 送 的 数 据 格 式 并 传 送 到 网 络 上, 或 将 网 络 上 其 他 节 点 输 出 的 数 据 转 变 为 用 户 能 识 别 的 信 息 (2) 通 信 子 网 通 信 子 网 一 般 由 通 信 设 备 和 通 信 线 路 组 成 主 要 提 供 网 络 通 信 功 能, 完 成 主 机 之 间 的 数 据 传 输 控 制 和 交 换 等 任 务 2. 从 系 统 组 成 角 度 划 分 从 系 统 组 成 角 度 划 分, 计 算 机 网 络 由 网 络 硬 件 和 网 络 软 件 两 部 分 组 成 () 网 络 硬 件 网 络 硬 件 是 计 算 机 网 络 系 统 的 物 质 基 础 网 络 硬 件 对 网 络 的 性 能 起 着 决 定 性 的 作 用, 是 网 络 运 行 的 载 体 网 络 硬 件 一 般 包 括 服 务 器 工 作 站 网 卡 和 传 输 介 质 等 5

6 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 (2) 网 络 软 件 网 络 软 件 是 实 现 网 络 功 能 不 可 缺 少 的 软 件 环 境 在 计 算 机 网 络 系 统 中, 系 统 必 须 能 按 照 用 户 的 请 求 为 用 户 提 供 相 应 的 服 务, 对 所 涉 及 的 信 息 进 行 管 理 和 控 制 网 络 软 件 一 般 包 括 网 络 操 作 系 统 和 网 络 通 信 软 件 等 知 识 链 接 : 网 络 操 作 系 统 和 网 络 通 信 软 件 网 络 操 作 系 统 (Network Operating System,NOS) : 是 向 网 络 提 供 服 务 的 特 殊 操 作 系 统, 它 是 网 络 软 件 系 统 的 基 础 网 络 操 作 系 统 运 行 在 网 络 服 务 器 上, 主 要 对 网 络 中 的 资 源 进 行 管 理 和 共 享 常 见 的 网 络 操 作 系 统 有 Windows 2000 Server Linux UNIX 等 网 络 通 信 软 件 : 可 以 让 用 户 控 制 自 己 的 应 用 程 序, 可 以 与 其 他 站 点 进 行 通 信, 还 可 以 对 大 量 的 通 信 数 据 进 行 加 工 和 处 理..3.2 计 算 机 网 络 的 分 类 由 于 计 算 机 网 络 的 系 统 非 常 复 杂, 技 术 含 量 比 较 高 综 合 性 也 比 较 强, 所 以 它 的 分 类 标 准 也 很 多. 按 网 络 地 理 覆 盖 范 围 划 分 按 照 网 络 的 地 理 覆 盖 范 围 划 分, 计 算 机 网 络 分 为 广 域 网 城 域 网 和 局 域 网 三 种 () 广 域 网 (Wide Area Network,WAN) 广 域 网 也 称 为 远 程 网 它 一 般 是 在 不 同 城 市 之 间 建 立 网 络 连 接, 通 常 作 用 范 围 为 几 十 千 米 到 几 千 千 米, 可 覆 盖 一 个 国 家 或 一 个 洲 广 域 网 的 传 输 距 离 较 长, 但 是 数 据 传 输 速 率 较 低, 且 连 网 的 结 构 不 是 很 规 范 (2) 城 域 网 (Metropolitan Area Network,MAN) 城 域 网 也 称 为 城 市 网 它 是 在 一 个 城 市 或 者 地 区 范 围 内 建 立 起 来 的 网 络 系 统, 通 常 作 用 范 围 在 广 域 网 和 局 域 网 之 间, 能 够 满 足 几 十 千 米 范 围 内 用 户 传 输 多 种 信 息 的 连 网 要 求 (3) 局 域 网 (Local Area Network,LAN) 局 域 网 也 称 为 局 部 网 它 一 般 是 在 有 限 的 范 围 内 将 计 算 机 外 部 设 备 和 网 络 互 连 设 备 连 接 在 一 起 的 网 络 系 统, 通 常 作 用 范 围 为 几 米 到 几 千 米 之 间, 可 覆 盖 一 个 大 楼 或 一 个 园 区 主 要 用 于 连 接 个 人 计 算 机 工 作 站 等 设 备 局 域 网 的 传 输 速 率 高 延 迟 时 间 短 成 本 低 廉 组 网 方 便 灵 活, 是 目 前 深 受 广 大 用 户 欢 迎 的 网 络 类 型 网 两 种 2. 按 通 信 传 播 方 式 划 分 按 照 网 络 的 通 信 传 播 方 式 划 分, 计 算 机 网 络 分 为 点 对 点 式 传 输 方 式 网 和 广 播 式 传 输 方 式 () 点 对 点 式 传 输 方 式 网 在 点 对 点 式 传 输 方 式 网 中, 每 条 物 理 线 路 都 连 接 各 自 的 计 算 机, 数 据 信 号 通 过 通 信 媒 体 直 接 传 送 到 目 的 节 点 这 种 传 输 方 式 的 网 络 主 要 应 用 于 广 域 网 (2) 广 播 式 传 输 方 式 网 在 广 播 式 传 输 方 式 网 中, 所 有 连 网 的 计 算 机 由 一 个 共 同 的 传 输 媒 体 连 接 起 来, 数 据 信 号 被 传 至 系 统 的 所 有 节 点, 这 些 节 点 在 接 收 到 数 据 信 号 后, 对 数 据 信 号 进 行 分 析, 以 确 定 是 接 收 还 是 拒 绝, 如 以 卫 星 方 式 传 输 信 息 的 网 络 3. 按 通 信 媒 体 划 分 按 照 网 络 的 通 信 媒 体 划 分, 计 算 机 网 络 分 为 有 线 网 络 和 无 线 网 络 两 种 6

7 计 算 机 网 络 初 探 () 有 线 网 络 有 线 网 络 指 网 络 系 统 中 的 计 算 机 之 间 采 用 同 轴 电 缆 双 绞 线 或 光 纤 等 物 理 介 质 连 接, 并 利 用 这 些 媒 体 来 传 输 数 据, 是 实 现 计 算 机 之 间 数 据 交 换 的 网 络 目 前 的 网 络 绝 大 多 数 是 有 线 网 (2) 无 线 网 络 无 线 网 络 指 网 络 系 统 中 的 计 算 机 之 间 采 用 卫 星 微 波 等 无 线 形 式 来 传 输 数 据 的 网 络 随 着 无 线 通 信 技 术 的 发 展, 无 线 网 络 的 数 量 也 不 断 增 加..4 计 算 机 网 络 的 拓 扑 结 构 拓 扑 是 几 何 学 的 一 个 分 支, 是 研 究 与 大 小 形 式 无 关 的 几 何 图 形 特 性 的 方 法 在 计 算 机 网 络 中 拓 扑 不 考 虑 网 络 中 的 具 体 设 备, 把 工 作 站 服 务 器 等 网 络 单 元 抽 象 为 点 或 节 点, 把 网 络 中 电 缆 等 通 信 介 质 抽 象 为 线 计 算 机 网 络 拓 扑 结 构 是 通 过 网 络 中 的 节 点 与 通 信 线 路 之 间 的 几 何 关 系 表 示 的 网 络 结 构, 反 映 的 是 网 络 中 各 实 体 之 间 的 结 构 关 系 计 算 机 网 络 拓 扑 结 构 主 要 分 为 星 形 结 构 总 线 形 结 构 树 形 结 构 环 形 结 构 和 网 状 结 构 等. 星 形 结 构 在 星 形 结 构 中, 各 节 点 是 以 星 形 方 式 连 接 起 来 的, 系 统 中 的 每 一 个 节 点 设 备 都 以 中 心 节 点 为 中 心, 通 过 传 输 介 质 与 中 心 节 点 连 接, 如 图 3 所 示 星 形 结 构 的 特 点 是 网 络 的 扩 容 性 很 强 数 据 的 安 全 性 和 优 先 级 容 易 控 制 易 实 现 监 控, 但 是 中 心 节 点 的 故 障 会 引 起 全 网 的 瘫 痪 图 3 星 形 结 构 2. 总 线 形 结 构 在 总 线 形 结 构 中, 所 有 节 点 都 由 一 条 高 速 公 用 总 线 连 接 起 来, 其 中 一 个 节 点 是 网 络 服 务 器, 其 他 节 点 是 工 作 站, 如 图 4 所 示 总 线 形 结 构 的 特 点 是 结 构 简 单 灵 活 扩 充 性 能 好 节 点 设 备 的 插 入 与 拆 卸 非 常 方 便 网 络 可 靠 性 高 等, 但 由 于 所 有 的 工 作 站 在 通 信 时 都 要 通 过 这 条 公 用 的 总 线, 所 以 实 时 性 较 差, 并 且 总 线 的 任 意 一 点 发 生 故 障, 都 会 造 成 全 网 的 瘫 痪 3. 树 形 结 构 树 形 结 构 是 星 形 结 构 的 扩 展, 是 一 种 分 层 结 构 在 这 种 结 构 中, 各 节 点 按 树 形 组 成, 如 图 5 所 示 树 形 结 构 的 特 点 是 通 信 线 路 的 总 费 用 比 星 形 结 构 低 网 络 软 件 也 不 复 杂 维 护 也 很 方 便, 但 数 据 传 输 延 时 较 长 7

8 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 图 4 总 线 形 结 构 图 5 树 形 结 构 4. 环 形 结 构 在 环 形 结 构 中, 各 节 点 首 尾 相 连 形 成 一 个 闭 合 的 环 路 数 据 信 息 按 照 固 定 的 方 向 单 向 流 动, 两 个 工 作 站 节 点 之 间 仅 有 一 条 通 路, 并 以 同 样 的 速 率 串 行 地 把 该 数 据 信 息 沿 环 路 送 到 另 一 端 的 链 路 上, 如 图 6 所 示 环 形 结 构 的 特 点 是 安 装 和 监 控 容 易, 但 是 由 于 环 路 是 闭 合 的, 所 以 不 便 于 扩 充, 系 统 延 迟 时 间 长 信 息 传 输 效 率 相 对 较 低 5. 网 状 结 构 网 状 结 构 是 将 上 述 单 一 的 拓 扑 结 构 混 合 起 来 形 成 的 结 构, 它 是 容 错 能 力 最 强 大 的 网 络 拓 扑 结 构, 如 图 7 所 示 该 结 构 中 的 每 一 个 节 点 和 网 络 中 的 其 他 节 点 均 有 链 路 连 接 网 状 结 构 的 特 点 是 故 障 诊 断 和 隔 离 较 方 便 易 于 扩 展 维 护 也 很 方 便, 但 需 要 选 择 智 能 型 的 集 线 器 需 要 更 多 的 线 缆 一 般 适 用 于 大 型 网 络 图 6 环 形 结 构 图 7 网 状 结 构 8

9 计 算 机 网 络 初 探.2 任 务 2: 掌 握 计 算 机 网 络 体 系 结 构.2. 网 络 体 系 结 构 基 础 在 计 算 机 网 络 的 基 本 概 念 中, 分 层 次 的 体 系 结 构 是 最 基 本 的, 理 解 网 络 体 系 结 构 的 概 念 可 以 更 好 地 学 习 和 理 解 具 体 的 网 络 技 术 本 任 务 将 讨 论 两 个 网 络 结 构 方 面 的 基 本 概 念 : 网 络 协 议 和 层 次 化 的 网 络 体 系 结 构. 网 络 协 议 网 络 上 的 计 算 机 之 间 是 如 何 交 换 信 息 的 呢? 就 像 我 们 说 话 用 某 种 语 言 一 样, 在 网 络 上 的 各 台 计 算 机 之 间 也 有 一 种 语 言, 这 就 是 网 络 协 议, 不 同 的 计 算 机 之 间 必 须 使 用 相 同 的 网 络 协 议 才 能 进 行 通 信 通 过 通 信 设 备 和 线 路 连 接 起 来 的 计 算 机 要 想 做 到 有 条 不 紊 地 交 换 数 据, 就 必 须 遵 循 事 先 约 定 的 一 组 规 则 这 些 规 则 明 确 规 定 了 所 交 换 的 数 据 的 格 式 以 及 有 关 的 同 步 问 题 这 些 为 进 行 网 络 中 的 数 据 交 换 而 建 立 的 规 则 标 准 或 约 定 的 集 合 称 为 网 络 协 议 一 个 网 络 协 议 由 三 要 素 组 成 : () 语 法 : 即 用 户 数 据 与 控 制 信 息 的 结 构 与 格 式, 以 及 数 据 出 现 的 顺 序 (2) 语 义 : 即 解 释 控 制 信 息 每 个 部 分 的 意 义 它 规 定 了 需 要 发 出 何 种 控 制 信 息, 以 及 完 成 的 动 作 与 做 出 什 么 样 的 响 应 (3) 同 步 : 即 事 件 实 现 顺 序 的 详 细 说 明 人 们 形 象 地 把 这 三 个 要 素 描 述 为 : 语 义 表 示 要 做 什 么, 语 法 表 示 要 怎 么 做, 时 序 表 示 做 的 顺 序 2. 层 次 化 的 网 络 体 系 结 构 计 算 机 网 络 通 常 包 含 一 组 网 络 协 议, 把 它 们 按 层 次 结 构 进 行 组 织, 每 个 层 次 可 以 包 含 若 干 个 协 议 每 个 协 议 完 成 的 工 作 各 不 相 同, 不 同 协 议 可 以 实 现 不 同 的 网 络 功 能 通 常 根 据 协 议 之 间 的 相 互 协 作 关 系, 把 它 们 按 层 次 结 构 组 织, 每 个 层 次 可 以 包 含 若 干 个 协 议, 层 和 层 之 间 定 义 了 信 息 交 互 的 接 口, 使 每 个 层 次 具 有 相 对 的 独 立 性 位 于 某 个 层 次 的 协 议 既 可 以 为 上 层 协 议 提 供 服 务, 也 可 以 调 用 下 层 提 供 的 功 能 将 网 络 协 议 划 分 成 层 次 结 构, 是 为 了 减 少 协 议 设 计 的 复 杂 性, 把 一 个 复 杂 的 问 题 分 解 成 若 干 个 容 易 处 理 的 子 问 题, 而 后 逐 个 加 以 解 决, 会 使 思 路 清 晰, 不 出 或 少 出 问 题, 这 也 是 我 们 在 解 决 工 程 问 题 时 经 常 使 用 的 方 法 下 面 列 出 采 用 分 层 结 构 组 织 网 络 协 议 的 好 处 : () 灵 活 性 好 : 当 任 何 一 层 发 生 变 化 时, 只 要 层 间 接 口 关 系 保 持 不 变, 则 在 这 层 以 上 或 以 下 各 层 均 不 受 影 响 此 外, 对 某 一 层 提 供 的 服 务 还 可 进 行 修 改 当 某 层 提 供 的 服 务 不 再 需 要 时, 甚 至 可 以 将 这 层 取 消, 更 容 易 管 理 (2) 各 层 之 间 是 独 立 的 : 在 各 层 间 标 准 化 接 口, 允 许 不 同 的 产 品 只 提 供 各 层 功 能 的 一 部 分, 某 一 层 不 需 要 知 道 它 的 下 一 层 是 如 何 实 现 的, 而 仅 仅 需 要 知 道 该 层 通 过 层 间 的 接 口 所 提 供 的 服 务 由 于 每 一 层 只 实 现 一 种 相 对 独 立 的 功 能, 因 而 可 将 一 个 难 以 处 理 的 复 杂 问 题 分 解 为 若 干 个 较 容 易 处 理 的 更 小 一 些 的 问 题 这 样, 整 个 问 题 的 复 杂 度 就 下 降 了 (3) 易 于 实 现 和 维 护 : 这 种 结 构 使 得 实 现 和 调 试 一 个 庞 大 而 又 复 杂 的 系 统 变 得 易 于 处 理, 因 为 整 个 的 系 统 已 经 被 分 解 为 若 干 个 相 对 独 立 的 子 系 统, 减 少 复 杂 性, 更 容 易 编 程 改 变 或 快 速 9

10 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 评 估, 产 品 开 发 的 速 度 更 快 (4) 能 促 进 标 准 化 工 作 : 因 为 每 一 层 的 功 能 及 其 所 提 供 的 服 务 都 已 有 了 精 确 的 说 明, 较 低 的 层 为 较 高 的 层 提 供 服 务 (5) 人 们 可 以 很 容 易 地 讨 论 和 学 习 协 议 的 规 范 细 节 明 确 了 网 络 协 议 分 层 的 好 处 后, 给 出 网 络 系 统 结 构 的 定 义 如 下 : 计 算 机 网 络 的 各 层 及 其 各 层 协 议 的 集 合, 称 为 网 络 的 体 系 结 构 亦 即 计 算 机 网 络 的 体 系 结 构 是 对 如 何 划 分 层 次 层 次 之 间 的 关 系 及 各 层 包 含 哪 些 协 议 的 精 确 定 义 3. 协 议 和 服 务 的 关 系 为 了 进 一 步 理 解 网 络 体 系 结 构 的 概 念, 有 必 要 明 确 协 议 和 服 务 之 间 的 关 系 这 里 介 绍 三 个 相 关 的 名 词 : () 实 体 : 在 研 究 计 算 机 网 络 时, 可 以 用 实 体 抽 象 地 表 示 任 何 可 发 送 或 接 收 信 息 的 硬 件 或 软 件 多 数 情 况 下, 实 体 通 常 是 一 个 特 定 的 软 件 模 块 (2) 服 务 访 问 点 : 在 同 一 系 统 中 相 邻 两 层 的 实 体 进 行 交 互 ( 即 交 换 信 息 ) 的 地 方, 通 常 称 为 服 务 访 问 点 SAP(Service Access Point) (3) 服 务 原 语 : 上 层 使 用 下 层 所 提 供 的 服 务 必 须 通 过 与 下 层 交 换 一 些 命 令 来 实 现, 这 些 命 令 称 为 服 务 原 语 明 确 了 这 些 概 念 后, 可 以 重 新 给 出 协 议 的 定 义 : 协 议 是 控 制 两 个 对 等 实 体 进 行 通 信 的 规 则 的 集 合 协 议 和 服 务 的 概 念 是 不 同 的, 但 又 相 互 关 联 在 协 议 的 控 制 下, 两 个 对 等 实 体 间 的 通 信 使 得 本 层 能 够 向 上 一 层 提 供 服 务 要 实 现 本 层 协 议, 还 需 要 使 用 下 面 一 层 所 提 供 的 服 务, 体 系 结 构 中 层 与 层 之 间 的 关 系 如 图 8 所 示 在 对 等 层 实 体 间 传 送 的 数 据 单 位 都 称 为 该 层 的 协 议 数 据 单 元 PDU(Protocol Data Unit) 图 8 体 系 结 构 中 层 与 层 之 间 的 关 系 协 议 和 服 务 在 概 念 上 是 不 一 样 的, 首 先, 协 议 的 实 现 保 证 了 本 层 能 够 为 上 层 提 供 服 务 本 层 的 服 务 用 户 只 能 看 见 下 层 提 供 的 服 务 而 无 法 看 见 下 层 的 具 体 协 议, 即 下 层 的 协 议 对 上 层 的 服 务 用 户 是 透 明 的 其 次, 协 议 是 水 平 的, 即 协 议 是 控 制 对 等 实 体 之 间 通 信 的 规 则 而 服 务 是 垂 直 的, 是 由 下 层 向 上 层 通 过 层 间 接 口 提 供 的 另 外, 并 非 在 一 个 层 次 内 完 成 的 全 部 功 能 都 称 为 服 务, 只 有 那 些 能 够 被 上 层 看 得 见 的 才 能 称 为 服 务 层 与 层 之 间 交 换 的 数 据 的 单 位 称 为 服 务 数 据 单 元 SDU(Service Data Unit) 0

11 计 算 机 网 络 初 探.2.2 OSI 的 体 系 结 构 OSI 是 开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 (Open System Interconnection Reference Model) 的 简 称, 开 放 的 含 义 表 示 只 要 遵 循 OSI 的 标 准, 一 个 系 统 就 可 以 和 位 于 世 界 上 任 何 地 方 也 遵 循 同 一 标 准 的 其 他 任 何 系 统 进 行 通 信 OSI 参 考 模 型 虽 然 没 有 成 为 网 络 的 标 准, 但 其 在 概 念 上 却 十 分 严 谨, 很 适 合 作 为 理 论 标 准 来 进 行 研 究 和 教 学 OSI 参 考 模 型 将 计 算 机 网 络 分 为 七 个 层 次, 如 图 9 所 示, 自 下 而 上 分 别 是 物 理 层 数 据 链 路 层 网 络 层 传 输 层 会 话 层 表 示 层 和 应 用 层 每 层 又 包 含 了 许 多 协 议, 这 里 仅 以 层 为 单 位 进 行 介 绍, 具 体 内 容 在 后 面 的 章 节 中 会 逐 步 介 绍 图 9 OSI 体 系 结 构. 物 理 层 物 理 层 与 传 输 媒 体 直 接 相 连, 因 此 也 称 为 物 理 层 接 口, 是 计 算 机 与 网 络 连 接 的 物 理 通 道 其 功 能 是 控 制 计 算 机 与 传 输 媒 体 的 连 接, 即 可 以 建 立 保 持 和 断 开 这 种 连 接, 以 保 证 比 特 流 的 透 明 传 输 物 理 层 传 送 的 数 据 单 位 是 比 特, 又 称 位 物 理 媒 体, 如 双 绞 线 同 轴 电 缆 光 缆 等, 不 属 于 物 理 层 2. 数 据 链 路 层 数 据 链 路 层 传 输 数 据 的 单 位 是 帧, 主 要 作 用 是 通 过 数 据 链 路 层 协 议, 在 不 太 可 靠 的 物 理 链 路 上 实 现 可 靠 的 数 据 传 输 数 据 链 路 层 完 成 这 一 任 务 的 方 法 是 : 分 割 来 自 物 理 层 的 原 始 比 特 位 流 信 息, 按 照 一 定 格 式 组 成 若 干 个 帧, 用 帧 中 的 校 验 信 息 部 分 对 整 个 数 据 帧 进 行 校 验 如 果 校 验 正 确, 则 把 其 数 据 信 息 部 分 递 交 上 层 ; 如 果 发 现 数 据 帧 有 问 题, 则 通 知 发 送 方 重 发 该 帧, 直 到 正 确 收 到 该 帧 为 止 此 外, 为 了 解 决 计 算 机 之 间 传 输 数 据 时 的 速 度 匹 配 问 题, 还 需 要 有 流 量 控 制 功 能 这 样, 数 据 链 路 层 就 把 一 条 有 可 能 出 差 错 的 实 际 链 路, 转 变 成 为 让 网 络 层 向 下 看 起 来 好 像 是 一 条 不 出 差 错 的 链 路 数 据 链 路 层 的 功 能 可 以 总 结 为 负 责 数 据 链 路 的 建 立 维 持 和 拆 除

12 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 3. 网 络 层 数 据 链 路 层 使 计 算 机 之 间 的 数 据 传 输 变 得 可 靠, 但 随 之 出 现 的 问 题 是 当 网 络 中 有 很 多 计 算 机 时, 如 何 找 到 想 要 的 通 信 对 象 网 络 层 的 主 要 任 务 是 根 据 特 定 的 原 则 和 算 法 在 网 络 中 选 出 一 条 通 向 目 的 节 点 的 最 佳 路 径, 使 来 自 发 送 站 点 传 输 层 的 报 文 能 够 到 达 目 的 站, 并 交 付 目 的 站 的 传 输 层 这 就 是 网 络 层 的 路 由 选 择 功 能, 路 由 选 择 机 制 的 性 能 在 很 大 程 度 上 决 定 了 网 络 的 性 能 此 外, 在 网 络 层 还 要 解 决 拥 塞 控 制 问 题 在 计 算 机 网 络 中 的 链 路 容 量 交 换 节 点 中 的 缓 冲 区 和 处 理 机 等, 都 是 网 络 资 源 在 某 段 时 间, 若 对 网 络 中 某 一 资 源 的 需 求 超 过 了 该 资 源 工 作 能 力, 网 络 的 性 能 就 会 变 坏, 这 种 情 况 称 为 拥 塞 网 络 层 所 传 送 的 信 息 的 基 本 单 位 叫 做 分 组 或 包 从 体 系 结 构 的 角 度 看, 前 面 介 绍 的 通 信 子 网 实 际 上 由 物 理 层 数 据 链 路 层 和 网 络 层 这 三 个 层 次 构 成 4. 传 输 层 传 输 层 位 于 OSI 参 考 模 型 的 中 部, 在 通 信 子 网 ( 下 面 3 层 ) 和 资 源 子 网 ( 上 面 3 层 ) 之 间, 它 隐 藏 了 通 信 子 网 的 细 节, 使 高 层 用 户 感 觉 不 到 通 信 子 网 的 存 在 传 输 层 通 常 为 高 层 用 户 提 供 两 种 服 务, 即 可 靠 的 面 向 连 接 的 数 据 传 输 和 面 向 无 连 接 的 尽 最 大 努 力 的 数 据 交 付 此 外 传 输 层 还 具 有 复 用 功 能, 可 以 同 时 为 一 台 计 算 机 中 的 多 个 程 序 提 供 通 信 服 务 传 输 层 数 据 传 送 的 基 本 单 位 是 报 文 段 5. 会 话 层 会 话 层 是 用 户 应 用 程 序 与 网 络 的 接 口, 属 于 进 程 级 的 层 次 进 程 是 操 作 系 统 中 同 多 道 程 序 并 行 引 出 的 概 念, 它 与 程 序 的 概 念 不 同, 程 序 是 一 个 静 态 的 概 念, 而 进 程 是 一 个 动 态 的 概 念, 是 执 行 中 的 程 序, 是 程 序 在 内 存 中 的 副 本, 是 有 生 存 期 的 会 话 层 的 任 务 就 是 提 供 一 种 有 效 的 方 法, 以 组 织 并 协 商 两 个 表 示 层 进 程 之 间 的 会 话, 并 管 理 它 们 之 间 的 数 据 交 换 具 体 地 说, 就 是 发 信 权 的 控 制 和 同 步 的 确 定 方 法 6. 表 示 层 不 同 的 计 算 机 可 能 采 用 不 同 的 编 码 方 法 来 表 示 数 据 类 型 和 数 据 结 构, 为 让 采 用 不 同 编 码 方 法 的 计 算 机 能 够 通 信, 能 互 相 理 解 所 交 换 的 数 据, 可 以 采 用 抽 象 语 法 来 定 义 数 据 结 构, 并 对 其 按 某 种 标 准 进 行 编 码 表 示 层 管 理 这 些 抽 象 数 据 结 构, 并 负 责 在 计 算 机 内 部 表 示 和 网 络 的 标 准 表 示 法 之 间 进 行 转 换 此 外 还 有 数 据 加 密 和 解 密 数 据 压 缩 功 能 7. 应 用 层 应 用 层 是 OSI 参 考 模 型 的 最 高 层, 是 直 接 向 用 户 应 用 程 序 提 供 服 务 的 层 次 从 功 能 划 分 看,OSI 参 考 模 型 的 低 6 层 主 要 用 于 解 决 通 信 和 表 示 问 题, 以 实 现 网 络 服 务 功 能, 而 应 用 层 则 提 供 特 定 网 络 服 务 所 需 要 的 各 种 应 用 协 议, 如 邮 件 服 务 文 件 传 输 服 务 等 图 0 给 出 了 在 OSI 参 考 模 型 中 数 据 的 传 送 过 程 发 送 进 程 发 给 接 收 进 程 的 数 据 实 际 上 经 过 了 发 送 方 各 层 从 上 到 下 的 传 递, 直 到 生 理 媒 体 才 真 正 传 送 到 接 收 方 在 接 收 方, 再 经 过 从 下 到 上 各 层 的 传 递, 最 后 到 达 接 收 进 程 发 送 方 从 上 到 下 逐 层 传 递 的 过 程 中, 每 层 都 要 加 上 适 当 的 控 制 信 息, 加 在 数 据 的 头 部 或 尾 部, 对 某 些 层 来 说 也 可 是 空 的 到 最 下 一 层 变 成 了 0 和 组 成 的 比 特 流, 然 后 转 换 为 电 信 号 在 物 理 媒 体 上 传 输 到 接 收 方 接 收 方 在 向 上 传 递 时, 过 程 正 好 相 反, 要 逐 层 剥 去 发 送 方 相 应 层 加 上 的 控 制 信 息, 这 样 就 使 得 任 何 两 个 相 同 层 次 之 间 好 像 通 过 图 中 的 水 平 虚 线 直 接 将 本 层 数 据 付 给 了 对 方, 这 就 是 对 等 层 之 间 的 通 信 前 面 提 到 的 2

13 各 层 协 议, 实 际 上 就 是 在 各 个 对 等 层 之 间 传 递 数 据 时 的 各 项 约 定 计 算 机 网 络 初 探 图 0 OSI 参 考 模 型 中 数 据 的 实 际 传 送 过 程.3 任 务 3: 认 识 Internet 与 TCP/IP 体 系 结 构.3. Internet 的 产 生 发 展 与 标 准 化 工 作.Internet 的 产 生 及 发 展 从 某 种 意 义 上,Internet 可 以 说 是 美 苏 冷 战 的 产 物 美 国 人 认 为, 能 否 保 持 科 学 技 术 上 的 领 先 地 位, 将 决 定 战 争 的 胜 负 而 科 学 技 术 的 进 步 依 赖 于 电 脑 领 域 的 发 展 美 国 国 防 部 认 为, 如 果 仅 有 一 个 集 中 的 军 事 指 挥 中 心, 万 一 这 个 中 心 被 原 苏 联 的 核 武 器 摧 毁, 全 国 的 军 事 指 挥 将 处 于 瘫 痪 状 态, 其 后 果 将 不 堪 设 想, 因 此 有 必 要 设 计 这 样 一 个 分 散 的 指 挥 系 统 它 由 一 个 个 分 散 的 指 挥 点 组 成, 当 部 分 指 挥 点 被 摧 毁 后 其 他 点 仍 能 正 常 工 作, 而 这 些 分 散 的 点 又 能 通 过 某 种 形 式 的 通 讯 网 取 得 联 系 969 年, 美 国 高 级 研 究 计 划 署 ARPA(Advanced Research Projects Agency) 完 成 了 计 算 机 网 络 ARPANET 的 研 制, 将 位 于 加 州 大 学 洛 杉 矶 分 校 (UCLA) 斯 坦 福 研 究 院 (SRI) 加 州 大 学 圣 巴 巴 拉 分 校 (UCSB) 和 犹 他 大 学 (UTAH) 的 4 台 不 同 型 号 不 同 操 作 系 统 不 同 数 据 结 构 的 计 算 机 连 接 起 来, 并 于 969 年 0 月 进 行 了 网 络 数 据 传 输 实 验 并 获 得 成 功 ARPANET 最 初 只 是 一 个 单 个 的 分 组 交 换 网, 并 不 是 一 个 互 联 网 所 有 要 接 在 ARPANET 上 的 主 机 都 直 接 与 就 近 的 交 换 节 点 机 相 连 随 着 ARPANET 规 模 的 不 断 扩 大,984 年 ARPANET 上 的 主 机 已 超 过 000 台, 人 们 认 识 到 不 可 能 仅 使 用 一 个 单 独 的 网 络 来 满 足 所 有 的 通 信 问 题 于 是 ARPA 开 始 研 究 多 种 网 络 互 联 的 技 术,983 年,ARPA 和 美 国 国 防 部 通 信 局 研 制 成 功 了 用 于 异 构 网 络 的 TCP/IP 协 议, 彻 底 解 决 了 不 同 的 计 算 机 和 系 统 之 间 的 通 信 问 题, 美 国 加 利 福 尼 亚 伯 克 莱 3

14 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 分 校 把 该 协 议 作 为 其 BSD UNIX 的 一 部 分, 使 得 该 协 议 得 以 在 社 会 上 流 行 起 来, 从 而 诞 生 了 真 正 的 Internet 983 年,ARPANET 各 站 点 的 通 信 协 议 全 部 更 改 为 TCP/IP 协 议, 这 是 全 球 因 特 网 正 式 诞 生 的 标 志 同 年 ARPANET 分 解 为 两 个 独 立 的 部 分, 一 部 分 仍 叫 ARPANET, 用 于 进 一 步 的 研 究 工 作 ; 另 一 部 分 稍 大 一 些, 成 为 著 名 的 MILNET, 用 于 军 方 的 非 机 密 通 信 在 年 间 因 特 网 Internet 就 形 成 了 986 年, 美 国 国 家 科 学 基 金 会 (NSF) 利 用 ARPANET 发 展 出 来 的 IP 的 通 讯, 在 5 个 科 研 教 育 服 务 超 级 电 脑 中 心 的 基 础 上 建 立 了 NSFNET 广 域 网 由 于 美 国 国 家 科 学 基 金 会 的 鼓 励 和 资 助, 很 多 大 学 政 府 资 助 的 研 究 机 构 甚 至 私 营 的 研 究 机 构 纷 纷 把 自 己 的 局 域 网 并 入 NSFNET 中 NSFNET 逐 步 替 代 ARPANET 成 为 Internet 的 骨 干 990 年,ARPANET 正 式 宣 布 关 闭, 同 年 美 国 联 邦 网 协 会 修 改 了 政 策, 允 许 任 何 组 织 申 请 加 入, 开 始 了 Internet 高 速 发 展 的 时 代 随 后 世 界 各 地 不 同 种 类 的 网 络 与 美 国 Internet 相 连, 形 成 了 全 球 的 Internet Internet 的 迅 猛 发 展 始 于 20 世 纪 90 年 代, 由 欧 洲 原 子 核 研 究 组 织 CERN 开 发 的 万 维 网 WWW(World Wide Web) 被 广 泛 使 用 在 Internet 上, 大 大 方 便 了 广 大 非 网 络 专 业 人 员 对 网 络 的 使 用, 成 为 Internet 指 数 级 增 长 的 主 要 驱 动 力 2. 因 特 网 标 准 化 工 作 因 特 网 的 标 准 化 工 作 对 因 特 网 的 发 展 起 到 了 非 常 重 要 的 作 用 因 特 网 在 制 定 其 标 准 上 很 有 特 色, 它 的 一 个 很 大 的 特 点 是 面 向 公 众 因 特 网 所 有 的 技 术 文 档 都 可 以 从 因 特 网 上 免 费 下 载, 而 且 任 何 人 都 可 以 用 电 子 邮 件 随 时 发 表 对 某 个 文 档 的 意 见 或 建 议, 这 种 方 式 对 因 特 网 的 迅 速 发 展 影 响 很 大 992 年, 因 特 网 (Internet) 不 再 归 美 国 政 府 管 辖, 因 此 成 立 了 一 个 国 际 性 组 织 叫 做 因 特 网 协 会 ISOC(Internet Society), 以 便 对 因 特 网 进 行 全 面 管 理 以 及 在 世 界 范 围 内 促 进 其 发 展 和 使 用 ISOC 下 面 有 一 个 技 术 组 织 叫 做 因 特 网 体 系 结 构 研 究 委 员 会 IAB(Internet Architecture Board), 负 责 管 理 因 特 网 有 关 协 议 的 开 发 IAB 下 面 又 设 有 两 个 工 程 部 : 因 特 网 工 程 部 IETF(Internet Engineering Task Force) : 解 决 短 期 问 题, 大 量 的 技 术 性 工 作 均 由 其 内 部 的 各 类 工 作 组 协 作 完 成, 这 些 工 作 组 按 不 同 类 别, 如 传 输 安 全 路 由 等 专 项 课 题 而 分 别 组 建 因 特 网 研 究 部 IRTF(Internet Research Task Force) : 由 众 多 专 业 研 究 小 组 构 成, 研 究 互 联 协 议 应 用 架 构 和 技 术, 多 数 是 为 了 解 决 长 期 问 题 各 成 员 均 为 个 人 代 表, 并 不 代 表 任 何 组 织 的 利 益 IETF 产 生 两 种 文 件, 一 种 叫 做 Internet Draft, 即 Internet 草 案 ; 另 一 种 叫 RFC, 意 思 是 意 见 征 求 或 请 求 评 论 文 件 任 何 人 都 可 以 提 交 Internet 草 案, 没 有 任 何 特 殊 限 制, 很 多 重 要 的 文 件 都 是 从 Internet 草 案 开 始 的 所 有 的 RFC 文 档 都 可 以 从 Internet 上 免 费 下 载, 但 并 非 所 有 的 RFC 文 档 都 是 Internet 标 准, 只 有 一 小 部 分 RFC 文 档 最 后 变 成 了 Internet 标 准 从 一 个 普 通 文 档 上 升 到 因 特 网 的 正 式 标 准 要 经 过 四 个 阶 段 : () 因 特 网 草 案 (Internet Draft) (2) 建 议 标 准 (Proposed Standard) (3) 草 案 标 准 (Draft Standard) (4) 因 特 网 标 准 (Internet Standard) 4

15 计 算 机 网 络 初 探 还 有 三 种 RFC( 因 特 网 标 准 ), 即 历 史 的 实 验 的 和 提 供 信 息 的, 即 并 不 是 所 有 RFC 都 是 标 准.3.2 TCP/IP 体 系 结 构 TCP/IP 是 一 组 用 于 实 现 网 络 互 连 的 通 信 协 议 在 Internet 所 使 用 的 各 种 协 议 中, 传 输 控 制 协 议 (Transmission Control Protocol,TCP) 和 网 际 协 议 (Internet Protocol,IP) 最 著 名 最 重 要, 网 络 体 系 结 构 以 TCP/IP 为 核 心 如 图 所 示 的 TCP/IP 的 参 考 模 型 将 协 议 分 成 四 个 层 次, 它 们 分 别 是 : 网 络 接 口 层 网 际 互 联 层 传 输 层 ( 主 机 到 主 机 ) 和 应 用 层 OSI 体 系 结 构 TCP/IP 体 系 结 构 应 用 层 表 示 层 应 用 层 会 话 层 传 输 层 传 输 层 网 络 层 Internet 层 数 据 链 路 层 物 理 层 图 网 络 接 口 层 TCP/IP 体 系 结 构. 应 用 层 应 用 层 对 应 于 OSI 参 考 模 型 的 高 层, 为 用 户 提 供 所 需 要 的 各 种 服 务, 例 如 :FTP Telnet DNS SMTP 等 2. 传 输 层 传 输 层 对 应 于 OSI 参 考 模 型 的 传 输 层, 为 应 用 层 实 体 提 供 端 到 端 的 通 信 功 能, 保 证 了 数 据 包 的 顺 序 传 送 及 数 据 的 完 整 性 该 层 定 义 了 两 个 主 要 的 协 议 : 传 输 控 制 协 议 (TCP) 和 用 户 数 据 报 协 议 (UDP) TCP 协 议 提 供 的 是 一 种 可 靠 的 面 向 连 接 的 数 据 传 输 服 务 ; 而 UDP 协 议 提 供 的 则 是 不 可 靠 的 无 连 接 的 数 据 传 输 服 务 3. 网 际 互 联 层 网 际 互 联 层 对 应 于 OSI 参 考 模 型 的 网 络 层, 主 要 解 决 主 机 到 主 机 的 通 信 问 题 它 所 包 含 的 协 议 涉 及 数 据 包 在 整 个 网 络 上 的 逻 辑 传 输 注 重 重 新 赋 予 主 机 一 个 IP 地 址 来 完 成 对 主 机 的 寻 址, 它 还 负 责 数 据 包 在 多 种 网 络 中 的 路 由 该 层 有 四 个 主 要 协 议 : 网 际 协 议 (IP) 地 址 解 析 协 议 (ARP) 互 联 网 组 管 理 协 议 (IGMP) 和 互 联 网 控 制 报 文 协 议 (ICMP) IP 协 议 是 网 际 互 联 层 最 重 要 的 协 议, 它 提 供 的 是 一 个 不 可 靠 无 连 接 的 数 据 报 传 递 服 务 4. 网 络 接 口 层 ( 主 机 网 络 层 ) 网 络 接 入 层 与 OSI 参 考 模 型 中 的 物 理 层 和 数 据 链 路 层 相 对 应 它 负 责 监 视 数 据 在 主 机 和 网 络 之 间 的 交 换 事 实 上,TCP/IP 本 身 并 未 定 义 该 层 的 协 议, 而 由 参 与 互 连 的 各 网 络 使 用 自 5

16 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 己 的 物 理 层 和 数 据 链 路 层 协 议, 然 后 与 TCP/IP 的 网 络 接 入 层 进 行 连 接.3.3 TCP/IP 协 议 族 及 特 点.TCP/IP 协 议 族 TCP/IP 协 议 族 包 含 一 系 列 协 议, 分 别 对 应 各 个 不 同 的 层 次, 完 成 特 定 的 功 能 和 应 用, 如 图 2 所 示 应 用 层 TCP/IP 协 议 族 HTTP FTP SMTP DNS RPC SNM 传 输 层 TCP UDP Internet 层 RARP IP IGMP ICMP 网 络 接 口 层 以 太 网 令 牌 环 帧 中 继 ATM 图 2 TCP/IP 协 议 族 网 际 互 联 层 主 要 有 4 个 协 议 :IP 协 议 ICMP 协 议 ARP 协 议 和 RARP 协 议 其 中,IP 协 议 是 最 主 要 的 网 络 互 联 层 协 议, 用 于 网 络 互 联 ;Internet 控 制 报 文 协 议 ICMP 主 要 用 于 报 告 差 错, 向 主 机 和 路 由 器 发 送 差 错 报 文 ; 地 址 解 析 协 议 ARP 用 来 将 IP 地 址 解 析 成 物 理 地 址 ; 逆 地 址 解 析 协 议 RARP 将 物 理 地 址 解 析 到 IP 地 址 传 输 层 的 主 要 协 议 有 TCP 和 UDP 传 输 控 制 协 议 (TCP) 是 面 向 连 接 的 协 议, 为 应 用 进 程 提 供 可 靠 的 主 机 到 主 机 的 数 据 传 输 服 务, 保 证 数 据 传 输 的 可 靠 无 差 错 不 丢 失 无 重 复 地 按 序 到 达 用 户 数 据 报 协 议 (UDP) 则 是 提 供 无 连 接 不 可 靠 的 端 到 端 的 数 据 传 输 服 务, 使 用 UDP 可 以 减 少 很 多 为 保 证 可 靠 传 输 而 附 加 的 额 外 开 销, 因 而 传 输 效 率 高, 对 某 些 应 用 进 程 的 数 据 传 输 是 一 种 有 效 方 法 应 用 层 包 含 许 多 为 各 种 应 用 服 务 的 协 议, 主 要 有 用 于 万 维 网 信 息 传 输 的 超 文 本 传 输 协 议 HTTP 用 于 主 机 域 名 解 析 的 域 名 系 统 DNS 用 于 主 机 间 文 件 上 传 下 载 的 文 件 传 输 协 议 FTP 用 于 电 子 邮 件 信 息 传 输 的 简 单 邮 件 传 输 协 议 SMTP 用 于 网 络 管 理 的 简 单 网 络 管 理 协 议 SNMP 等 2.OSI 参 考 模 型 和 TCP/IP 参 考 模 型 的 比 较 () 两 种 模 型 的 相 同 点 : OSI 参 考 模 型 和 TCP/IP 参 考 模 型 都 采 用 了 层 次 结 构 的 概 念 都 能 够 提 供 面 向 连 接 和 无 连 接 两 种 通 信 服 务 机 制 (2) 两 种 模 型 的 不 同 点 : 前 者 是 七 层 模 型, 后 者 是 四 层 结 构 对 可 靠 性 要 求 不 同 ( 后 者 更 高 ) OSI 模 型 是 在 协 议 开 发 前 设 计 的, 具 有 通 用 性 ;TCP/IP 是 先 有 协 议 集 然 后 建 立 模 型, 不 适 用 于 非 TCP/IP 网 络 6

17 计 算 机 网 络 初 探 实 际 市 场 应 用 不 同 (OSI 模 型 只 是 理 论 上 的 模 型, 并 没 有 成 熟 的 产 品, 而 TCP/IP 已 经 成 为 实 际 上 的 国 际 标 准 ) TCP/IP 的 不 足 主 要 在 于 TCP/IP 模 型 对 服 务 协 议 和 接 口 等 概 念 没 有 很 清 楚 地 区 分 开,TCP/IP 模 型 的 通 用 性 较 差 此 外, 网 络 接 口 层 严 格 来 说 并 不 是 一 个 层 次 而 仅 仅 是 一 个 接 口.4 小 结 计 算 机 网 络 是 将 处 于 不 同 地 理 位 置 的 相 互 独 立 的 计 算 机, 通 过 通 信 设 备 和 通 信 线 路 按 照 一 定 的 通 信 协 议 连 接 起 来, 以 达 到 资 源 共 享 和 信 息 交 流 为 目 的 的 计 算 机 互 连 系 统 计 算 机 网 络 的 功 能 主 要 体 现 在 资 源 共 享 数 据 通 信 提 高 计 算 机 系 统 的 可 靠 性 和 实 现 网 络 分 布 式 处 理 四 个 方 面 计 算 机 网 络 由 通 信 子 网 和 资 源 子 网 两 部 分 构 成 可 以 按 照 地 理 覆 盖 范 围 通 信 媒 介 通 信 传 播 方 式 和 拓 扑 结 构 等 进 行 分 类 网 络 协 议 包 括 语 法 语 义 和 同 步 三 个 要 素 可 以 把 复 杂 的 网 络 通 信 过 程 抽 象 为 一 种 层 次 结 构 模 型 开 放 系 统 互 联 参 考 模 型 (OSI) 将 整 个 网 络 的 通 信 功 能 分 成 7 个 层 次, 每 个 层 次 完 成 不 同 的 任 务 TCP/IP 体 系 包 括 网 络 接 口 层 网 络 层 传 输 层 和 应 用 层 4 个 层 次.5 训 练 与 提 高 一 填 空 题. 在 计 算 机 网 络 中, 按 网 络 的 作 用 范 围 进 行 分 类, 可 将 网 络 分 为 三 类 : 和 2. 网 络 协 议 由 三 要 素 构 成 : 和 3. 互 联 网 Internet 采 用 的 体 系 结 构 是 4. 计 算 机 网 络 由 子 网 和 子 网 构 成 5. 计 算 机 网 络 按 拓 扑 结 构 分 类, 包 括 总 线 形 结 构 结 构 结 构 结 构 和 结 构 6. 物 理 层 传 输 数 据 的 单 位 是, 数 据 链 路 层 传 输 数 据 的 单 位 是, 网 络 层 传 输 的 数 据 单 位 是 7.TCP/IP 体 系 结 构 分 为 四 层 结 构, 从 下 到 上 分 别 是 网 络 接 口 层 层 层 和 层 8. 为 了 构 造 计 算 机 网 络 以 实 现 通 信, 可 采 用 的 方 法, 将 庞 大 而 复 杂 的 问 题, 转 化 为 若 干 较 小 的 局 部 问 题, 而 这 些 较 小 的 问 题 总 是 易 于 研 究 和 处 理 的 二 选 择 题. 在 OSI 七 层 结 构 模 型 中, 处 于 数 据 链 路 层 与 传 输 层 之 间 的 是 ( ) 7

18 计 算 机 网 络 基 础 任 务 教 程 ( ) A. 物 理 层 B. 网 络 层 C. 会 话 层 D. 表 示 层 2. 若 网 络 形 状 是 由 站 点 和 连 接 站 点 的 链 路 组 成 的 一 个 闭 合 环, 则 称 这 种 拓 扑 结 构 为 A. 星 形 拓 扑 B. 总 线 拓 扑 C. 环 形 拓 扑 D. 树 形 拓 扑 3. 在 组 成 网 络 协 议 的 三 要 素 中,( ) 是 指 用 户 数 据 与 控 制 信 息 的 结 构 和 格 式 A. 时 序 B. 语 义 C. 语 法 D. 接 口 4. 计 算 机 网 络 的 各 层 及 各 层 协 议 的 集 合, 就 称 为 网 络 的 ( ) A. 各 层 协 议 B. 体 系 结 构 C. 组 成 D. 拓 扑 结 构 5.OSI 参 考 模 型 中 在 对 等 层 上 传 送 的 数 据, 其 单 位 都 称 为 ( ) A. 服 务 数 据 单 元 SDU B. 接 口 数 据 数 据 单 元 IDU C. 协 议 数 据 单 元 PDU D. 协 议 控 制 信 息 6.OSI 参 考 模 型 中 哪 一 层 的 数 据 单 元 称 为 帧?( ) A. 物 理 B. 数 据 链 路 C. 网 络 D. 传 输 7.OSI 参 考 模 型 中, 哪 一 层 和 传 输 媒 体 最 接 近?( ) A. 物 理 B. 数 据 链 路 C. 网 络 D. 传 输 8.Internet 网 络 层 使 用 的 4 个 重 要 协 议 是 ( ) A.IP ICMP ARP UDP C.TCP ICMP ARP UDP B.IP ICMP ARP RARP D.IP ICMP HDLC UDP 9.TCP/IP 协 议 是 一 个 协 议 族, 包 括 很 多 协 议, 其 中 最 重 要 和 著 名 的 是 ( ) A.TCP 和 IP B.TCP 和 ARP C.ARP 和 IP D.TCP 和 ICMP 0. 计 算 机 网 络 中 可 以 共 享 的 资 源 包 括 ( ) A. 硬 件 软 件 数 据 通 信 信 道 B. 主 机 外 设 数 据 通 信 信 道 C. 硬 件 程 序 数 据 通 信 信 道 D. 主 机 软 件 外 设 通 信 信 道 三 简 答 题.OSI 参 考 模 型 有 几 层? 各 层 的 功 能 是 什 么? 2. 简 述 数 据 通 信 时 在 OSI 各 层 的 传 递 过 程 3. 计 算 机 网 络 由 哪 几 部 分 组 成? 4. 计 算 机 网 络 可 以 从 哪 几 个 方 面 进 行 分 类? 每 一 方 面 是 如 何 分 类 的? 5. 什 么 是 计 算 机 网 络 的 拓 扑 结 构? 有 哪 几 种 常 用 的 拓 扑 结 构? 6. 简 述 网 络 的 协 议 和 体 系 结 构 的 概 念 7.TCP/IP 体 系 结 构 由 哪 几 层 构 成? 各 层 有 哪 些 主 要 的 协 议? 8

第 1 章 概 述 1.1 计 算 机 网 络 在 信 息 时 代 中 的 作 用 1.2 计 算 机 网 络 的 发 展 过 程 *1.2.1 分 组 交 换 的 产 生 *1.2.2 因 特 网 时 代 *1.2.3 关 于 因 特 网 的 标 准 化 工 作 1.2.4 计 算 机 网 络 在

第 1 章 概 述 1.1 计 算 机 网 络 在 信 息 时 代 中 的 作 用 1.2 计 算 机 网 络 的 发 展 过 程 *1.2.1 分 组 交 换 的 产 生 *1.2.2 因 特 网 时 代 *1.2.3 关 于 因 特 网 的 标 准 化 工 作 1.2.4 计 算 机 网 络 在 计 算 机 网 络 ( 第 4 版 ) 课 件 第 1 章 计 算 机 网 络 概 述 郭 庆 北 Ise_guoqb@ujn.edu.cn 2009-02-25 第 1 章 概 述 1.1 计 算 机 网 络 在 信 息 时 代 中 的 作 用 1.2 计 算 机 网 络 的 发 展 过 程 *1.2.1 分 组 交 换 的 产 生 *1.2.2 因 特 网 时 代 *1.2.3 关 于 因 特

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