計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信(第1章)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信通信技術(shù)教研室參考書目《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信》張?jiān)凭幹瑱C(jī)械工業(yè)出版社《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》（第4版），謝希仁編著，電子工業(yè)出版社《計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用》，劉冰主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2008年3月第一版第1章概述1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其分類1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其分類1.1.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物世界上第一臺電子數(shù)字計(jì)算機(jī)ENIAC摩爾定律通信技術(shù)的發(fā)展：1838年莫爾斯發(fā)明電報(bào)，1876年電話，1896年馬可尼無線電報(bào)，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(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合1.1.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)荷蘭阿姆斯特丹Vrije大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授、皇家藝術(shù)與科學(xué)院院士AndrewS.Tanenbaum：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是自治的計(jì)算機(jī)互連起來的集合(AnInterconnectedCollectionofAutonomousComputers)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有硬件和軟件兩部分組成：

(1)硬件(Hardware)計(jì)算機(jī)，即所謂的主機(jī)(Host)或端系統(tǒng)(EndSystems,ES)。通信設(shè)備，即中間系統(tǒng)(IntermediateSystems,IS)。接口設(shè)備。傳輸媒體或稱傳輸介質(zhì)(Medium)。1.1.1什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) (2)軟件(Software)通信協(xié)議。應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供各種各樣的應(yīng)用服務(wù)：

(1)共享資源訪問

(2)遠(yuǎn)程用戶通信

(3)網(wǎng)上事務(wù)處理1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類可以從不同的角度和特征進(jìn)行劃分:根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地域范圍（跨越的距離）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)的交換方式根據(jù)網(wǎng)絡(luò)使用單位的性質(zhì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用性質(zhì)1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類局域網(wǎng)（LAN）一般地理范圍在10km以內(nèi)。主要特點(diǎn)：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?fù)?，結(jié)構(gòu)簡單。一般為廣播網(wǎng)絡(luò)(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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類廣域網(wǎng)(WAN)覆蓋地域可達(dá)100km以上。WAN一般由主機(jī)和通信子網(wǎng)組成。WAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般比LAN復(fù)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(luò)(SwitchedNetwork)。WAN常常采用信道復(fù)用技術(shù)。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?fù)洹⒔粨Q式網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類城域網(wǎng)(MAN)一般在10~100km的區(qū)域。IEEE802.6分布式隊(duì)列雙總(DistributedQueueDualBus,DQDB)。LAN和WAN都廣泛應(yīng)用到MAN領(lǐng)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(fù)用WDM技術(shù)。彈性分組環(huán)(ResilientPacketRing,RPR)。1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類互聯(lián)網(wǎng)和Internet若干個網(wǎng)絡(luò)由稱為路由器(Router)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起便成了互聯(lián)網(wǎng)，是網(wǎng)絡(luò)的集合，是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)。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(shù)的核心是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)(Internetworking)，其關(guān)鍵的思想是在底層網(wǎng)絡(luò)與高層應(yīng)用程序和用戶之間加入中間層次，屏蔽底層細(xì)節(jié)，向用戶提供通用一致的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。Internet拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是松散分層的，不受某個權(quán)威部門的控制，在商業(yè)利益驅(qū)動下擴(kuò)展演進(jìn)。Internet各個層次的網(wǎng)絡(luò)干線由不同級別的Internet服務(wù)提供商(InternetServiceProvider,ISP)來建立經(jīng)營并向社會提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。1.1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是20世紀(jì)60年代美蘇冷戰(zhàn)時(shí)期的產(chǎn)物。60年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠(yuǎn)景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換(circuitswitching)的電信網(wǎng)有一個缺點(diǎn)：正在通信的電路中有一個交換機(jī)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(shí)間。1.2.1早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)20世紀(jì)50年代中期美國地面防空系統(tǒng)(SAGE)。美國航空公司的飛機(jī)票預(yù)訂系統(tǒng)(SABER)。以單臺計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。1.2.2分組交換網(wǎng)的產(chǎn)生20世紀(jì)60年代多臺具有自主處理能力的計(jì)算機(jī)通過通信線路連接起來，使用分組交換方式進(jìn)行通信。ARPANET，IMP(InterfaceMessageProcessor)接口報(bào)文處理機(jī)。存儲轉(zhuǎn)發(fā)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)IMP1.2.2分組交換網(wǎng)的產(chǎn)生存儲轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)及各層協(xié)議的集合統(tǒng)稱計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(Architecture)。只有具有同樣體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)，事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。1.2.4局域網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展20世紀(jì)70年代產(chǎn)生：1972年美國加州大學(xué)研制了Newhallloop網(wǎng)；1974年英國劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)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(luò)，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(xiàn)。1.2.5Internet時(shí)代20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入了Internet時(shí)代。1996年美國NGI(Next-GenerationInternet)計(jì)劃。1998年美國100多所大學(xué)成立UCAID，從事Internet2研究計(jì)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(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1.2.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(jì)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(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)NSFCNET于1999年建設(shè)，2001年驗(yàn)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(luò)互連的技術(shù)。1983年TCP/IP協(xié)議成為標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。同年，ARPANET分解成兩個網(wǎng)絡(luò)：ARPANET——進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究用的科研網(wǎng)MILNET——軍用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1983~1984年，形成了因特網(wǎng)

Internet。1990年

ARPANET

正式宣布關(guān)閉。因特網(wǎng)發(fā)展的第二階段1986年，NSF建立了國家科學(xué)基金網(wǎng)。NSFNET。它是一個三級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：

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(zhuǎn)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(fèi)。1993年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到45Mb/s（T3速率）。

三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)之間需要使用路由器來連接。有時(shí)在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)主機(jī)到主機(jī)的通信可能要經(jīng)過多種網(wǎng)絡(luò)。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(luò)所代替。

1994年開始創(chuàng)建了4個網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)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(jié)點(diǎn)。在NAP中安裝有性能很好的交換設(shè)施。到本世紀(jì)初，美國的NAP的數(shù)量已達(dá)到十幾個。從1994年到現(xiàn)在，因特網(wǎng)逐漸演變成多級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

多級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)大公司地區(qū)ISP網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)NAP（對等點(diǎn)）公司校園網(wǎng)主干服務(wù)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(luò)接入點(diǎn)NAP（對等點(diǎn)）主機(jī)到主機(jī)的通信可能經(jīng)過多種

ISP。1.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化工作1.3.1標(biāo)準(zhǔn)化組織國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域相關(guān)組織國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(InternationalStandardsOrganization,ISO)。電氣電子工程師協(xié)會(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)。因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)因特網(wǎng)協(xié)會(InternetSociety,ISOC)。因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化組織國際電信聯(lián)盟(InternationalTelecommunicationUnion,ITU)。下屬的電信標(biāo)準(zhǔn)化部門ITU-T，前身為國際電報(bào)電話咨詢委員會(CCITT)，其標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中(StandardsTrack)。最好的當(dāng)前實(shí)踐(BestCurrentPractice)。非標(biāo)準(zhǔn)的(Non-Standards)。關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作因特網(wǎng)協(xié)會ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)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(dǎo)小組IESG…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IABWGWGWG各種RFC之間的關(guān)系因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的RFC實(shí)驗(yàn)的RFC提供信息的RFC6種RFC1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)“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