计算机等级考试必备-三级网络教程

计算机网络教程

刘君

计算机科学系第1章概述计算机网络在信息时代的作用1.1因特网概述1.2因特网的组成1.3计算机网络在我国的发展1.41.1计算机网络在信息时代的

作用

我们已经进入了21世纪。21世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代。 知识经济中的两个重要特点就是信息化和全球化。

这里所说的网络是指电信网络(主要的业务是电话，但也有其他业务，如传真、数据等)、有线电视网络(即单向电视节目的传送网络，但现已开始逐渐向双向传输网络改造)和计算机网络。这三种网络通常简称为“三网”。

进入20世纪90年代以来，以因特网(Internet)为代表的计算机网络的发展速度十分迅猛，已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络，并已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。1.2因特网概述

1.2.1网络的网络起源于美国的因特网现已发展成为世界上最大的国际性计算机互联网①。这就使得20世纪90年代成为公认的因特网时代，或简称为网络时代。

这种连接到计算机网络上的计算机通常都称为主机(host)。图1-1因特网

(a)表示因特网的方法(b)因特网是“网络的网络”因特网是网络的网络

(networkofnetworks)。 计算机网络把许多计算机连接在一起，而因特网则把许多计算机网络连接在一起。

1.2.2因特网发展的三个阶段因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。第一阶段是从单个网络ARPANET向互联网发展的过程。以小写字母i开始的internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的网络。

以大写字母I开始的的Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用TCP/IP族作为通信的规则，且其前身是美国的ARPANET。

第二阶段的特点是建成了三级结构的因特网。分为主干网、地区网和校园网（或企业网）。

第三阶段的特点是逐渐形成了多级ISP结构的因特网。因特网服务提供者ISP(InternetServiceProvider)。又常称为因特网服务提供商。图1-2用户通过ISP接入因特网图1-3基于ISP的多级结构的因特网的概念示意图

网络接入点NAP(NetworkAccessPoint)，NAP又称为对等点(peeringpoint)，表示接入到NAP的设备不存在从属关系而都是平等的。由欧洲原子核研究组织(CERN)开发的万维网WWW(WorldWideWeb)被广泛使用在因特网上，大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。网络数主机数用户数管理机构数198010102102100199010310510610120001051071081022005106108109103表1-1 因特网的发展情况概况由于因特网存在着技术上和功能上的不足，加上用户数量猛增，使得现有的因特网不堪重负。“下一代因特网计划”，即“NGI计划”(NextGenerationInternetInitiative)。

NGI计划要实现的一个目标是开发下一代网络结构，以比现有的因特网高100倍的速率连接至少100个研究机构，以比现有的因特网高1000倍的速率连接10个类似的网点。

NGI计划将使用超高速全光网络，能实现更快速的交换和路由选择，同时具有为一些实时(realtime)应用保留带宽的能力。在整个因特网的管理和保证信息的可靠性与安全性方面也会有很大的改进。

1.2.3关于因特网的标准化工作

1992年，因特网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(InternetSociety)，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(InternetArchitectureBoard)，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(InternetEngineeringTaskForce)·因特网研究部IRTF(InternetResearchTaskForce)

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。

（1）因特网草案(InternetDraft)。（2）建议标准(ProposedStandard)。（3）草案标准(DraftStandard)。（4）因特网标准(InternetStandard)。 还有三种RFC，即历史的、实验的和提供信息的。图1-8所示的是各种RFC之间的关系。1.3因特网的组成

因特网虽然在地理上覆盖了全球，但从其工作方式上看，可以把整个因特网的组成划分为两大块，即由所有连接在因特网上的主机组成的因特网的边缘部分和由大量网络和连接这些网络的路由器组成的因特网核心部分

图1-4因特网的边缘部分与核心部分

1.3.1因特网的边缘部分处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(endsystem)，“端”就是“末端”的意思。

因特网的端系统就是前面提到的主机。边缘部分的功能就是利用核心部分所提供的服务，使这样多的主机之间能够互相通信并交换或共享信息。

主机A和主机B进行通信，主机A的某个进程和主机B上的另一个进程进行通信。这种比较准确的说法通常可以简称为“计算机之间通信”。

在网络边缘的端系统中运行的程序之间的通信方式可划分为两大类：客户服务器方式和对等方式。

1．客户服务器方式这种方式在因特网上是最常用的，也是传统的方式。客户(client)和服务器(server)都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。

这里最主要的特征就是：客户是服务请求方，服务器是服务提供方。服务请求方和服务提供方都要使用网络核心部分所提供的服务。图1-5客户服务器工作方式在实际应用中，客户程序和服务器程序通常还具有以下一些主要特点。客户程序：（1）被用户调用后运行，在打算通信时主动向远地服务器发起通信（请求服务）。（2）可与多个服务器进行通信。（3）不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。服务器程序：（1）是一种专门用来提供某种服务的程序，可同时处理多个远地或本地客户的请求。（2）当系统启动时即自动调用并一直不断地运行着，被动地等待并接受来自多个客户的通信请求。（3）一般需要强大的硬件和高级的操作系统支持。客户和服务器本来都指的是计算机进程（软件）。运行客户程序的机器称为client，把运行服务器程序的机器称为server。

2．对等连接方式对等连接（peer-to-peer，简写为P2P）是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。也称为P2P文件共享。

图1-6对等连接工作方式

1.3.2因特网的核心部分网络核心部分是因特网中最复杂的部分。网络核心部分向网络边缘中的主机提供服务，使边缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。在网络核心部分，网络和网络的连接要依靠路由器(router)，路由器的具体任务是转发收到的分组，但从通信的角度看，路由器是实现分组交换(packetswitching)，这是网络核心部分最重要的功能。

1．电路交换的主要特点从通信资源的分配角度来看，“交换(switching)”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。图1-7电话机的不同连接方法

(a)两部电话直接相连(b)5部电话两两直接相连(c)用交换机连接许多部电话这种必须经过“建立连接（占用通信资源）→通话（一直占用通信资源）→释放连接（归还通信资源）”三个步骤的交换方式称为电路交换。

而在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。图1-8电路交换的用户始终占用端到端的通信资源

2．分组交换的主要特点分组交换则采用存储转发技术①。将欲发送的整块数据称为一个报文(message)。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部(header)后，就构成了一个分组(packet)。分组又称为“包”，而分组的首部也可称为“包头”。分组是在因特网中传送的数据单元。

图1-9划分分组的概念图1-10(a)强调因特网的核心部分是由许多网络和把它们互连起来的路由器组成，而主机处在因特网的边缘部分。主机的用途是为用户进行信息处理的，并且可以和其他主机通过网络交换信息。路由器的用途则是用来转发分组的，即进行分组交换的。讨论因特网的核心部分中的路由器转发分组的过程时，往往把单个的网络简化成一条链路，而路由器成为核心部分的结点(node)，如图1-10(b)所示。

(a)核心部分的路由器把网络互连起来(b)核心部分中的网络可用一条链路表示图1-10分组交换的示意图当网络中的某些结点或链路突然出故障时，在各路由器中运行的路由选择协议(protocol)能够自动找到其他路径转发分组。优点所采用的手段高效在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用灵活为每一个分组独立地选择转发路由迅速以分组作为传送单位，可以不先建立连接就能向其他主机发送分组；网络使用高速链路可靠完善的网络协议；分布式多路由的分组交换网，使网络有很好的生存性表1-2 分组交换的优点分组交换也带来一些新的问题，时延，开销(overhead)。而在20世纪40年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(messageswitching)。

电路交换——整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。报文交换——整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。分组交换——单个分组（这只是整个报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

(a)电路交换(b)报文交换(c)分组交换（P1～P4表示4个分组）图1-11三种交换方式的比较1.4计算机网络在我国的发展

下面简单介绍一下计算机网络在我国的发展情况。最早着手建设专用计算机广域网的是铁道部。铁道部在1980年即开始进行计算机联网实验。

1989年11月我国第一个公用分组交换网CNPAC建成运行。CNPAC分组交换网由3个分组结点交换机、8个集中器和一个双机组成的网络管理中心所组成。1993年9月建成新的中国公用分组交换网，并改称为CHINAPAC，由国家主干网和各省、区、市的省内网组成。在北京、上海设有国际出入口。在20世纪80年代后期，公安、银行、军队以及其他一些部门也相继建立了各自的专用计算机广域网。这对迅速传递重要的数据信息起着重要的作用。除了上述的广域网外，从20世纪80年代起，国内的许多单位都陆续安装了大量的局域网。局域网的价格便宜，其所有权和使用权都属于本单位，因此，便于开发、管理和维护。局域网的发展很快，对各行各业的管理现代化和办公自动化已起了积极的作用。 这里应当特别提到的是1994年4月20日我国用64

kbit/s专线正式连入因特网。从此，我国被国际上正式承认为接入因特网的国家。同年5月中国科学院高能物理研究所设立了我国的第一个万维网服务器。在9月中国公用计算机互联网(CHINANET)正式启动。到目前为止，我国陆续建造了基于因特网技术的并可以和因特网互连的9个全国范围的公用计算机网络。这就是：（1）中国公用计算机互联网CHINANET（2）中国教育和科研计算机网CERNET（3）中国科学技术网CSTNET（4）中国联通互联网UNINET（5）中国网通公用互联网CNCNET （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C