现代通信网概论(杨武军)第10章

第10章计算机网络及Internet第10章计算机网络及Internet10.1计算机网络概述10.2计算机局域网10.3Internet基本概念10.4IP协议10.5运输层协议10.6互联网工作过程10.7Internet基本业务思考题第10章计算机网络及Internet10.1计算机网络概述10.1.1计算机网络发展自从1946年世界上第一台电子计算机ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorAndComputer)问世以来，随着计算机技术的发展，以计算机为主体的各种远程信息处理技术应运而生，计算机与通信的结合也在不断发展。计算机网络就是计算机学科与通信学科紧密结合的产物。第10章计算机网络及Internet计算机网络的发展主要经历了以下四个阶段。第一阶段：计算机技术与通信技术相结合，形成计算机网络的雏形。任何一种新技术的出现都必须具备两个条件，即强烈的社会需求与先期技术的成熟。计算机网络技术的形成与发展也证实了这条规律。1946年世界上第一台电子数字计算机ENIAC在美国诞生时，计算机技术与通信技术并没有直接的联系。50年代初，由于美国军方的需要，美国半自动地面防空系统SAGE进行了计算机技术与通信技术相结合的尝试。它将远程雷达与其他测量设施测到的信息通过总长度达到241万千米的通信线路与一台IBM计算机连接，进行集中的防空信息处理与控制。这就是典型的以单计算机为中心形成的联机网络，如图10.1所示。第10章计算机网络及Internet图10.1以单计算机为中心形成的网络多路控制器MMM公用电话网PSTNMMM终端终端终端计算机第10章计算机网络及Internet1969年美国国防部高级研究计划署(ARPA：AdvancedResearchProjectsAgency)提出将多个大学、公司和研究所的多台计算机互连成为计算机－计算机网络。网络用户可以通过计算机使用本地计算机的软硬件与数据资源，也可以使用连网的其他地方计算机软硬件与数据资源，以达到计算机资源共享的目的。1969年ARPANet只有4个节点，1973年发展到40个节点，1983年已经达到100多个节点。ARPANet通过有线、无线与卫星通信线路，使网络覆盖了从美国本土到欧洲与夏威夷的广阔地域。第10章计算机网络及InternetARPANet是计算机网络技术发展的一个重要的里程碑，它对发展计算机网络技术的主要贡献表现在以下几个方面：(1)第一个采用以分组的方式在网络中进行交换和传输；(2)首次提出数据以无连接的方式进行传输；(3)分组在网络中以自适应选路方式传输到目的端；(4)提出了资源子网、通信子网的两级网络结构的概念。ARPA网络研究成果对推动计算机网络发展的意义是深远的。在它的基础之上，七、八十年代计算机网络发展十分迅速，出现了大量的计算机网络。第10章计算机网络及Internet计算机网络的资源子网与通信子网的结构使网络的数据处理与数据通信有了清晰的功能界面。计算机网络可以分成资源子网与通信子网来组建。通信子网可以是专用的，也可以是公用的。为每一个计算机网络都建立一个专用通信子网的方法显然是不可取的，因为专用通信子网造价很高，线路利用率低，重复组建通信子网投资很大，同时也没有必要。随着计算机网络与通信技术的发展，20世纪70年代中期世界上便出现了由国家邮电部门统一组建和管理的公用通信子网，即公用数据网PDN。早期的公用数据网采用模拟通信的电话通信网，新型的公用数据网采用数字传输技术和报文分组交换方法。典型的公用分组交换数据有美国的TELENet、加拿大的DATAPAC、法国的TRANSPAC、英国的PSS、日本的DDX等。公用分组交换网的组建为计算机网络的发展提供了良好的外部通信条件。第10章计算机网络及Internet以上我们讲的是利用远程通信线路组建的远程计算机网络，也称为广域网(WAN：WideAreaNetwork)。随着计算机的广泛应用，局部地区计算机连网的需求日益强烈。20世纪70年代初，一些大学和研究所为实现实验室或校园内多台计算机共同完成科学计算和资源共享的目的，开始了局部计算机网络的研究。1972年美国加州大学研制了Newhall环网；1976年美国XEROX公司研究了总线拓扑的实验性Ethernet网；1974年英国剑桥大学研制了Cambridgering网。这些都为20世纪80年代多种局部网络产品的出现提供了理论研究与实现技术的基础，对局部网络技术的发展起到了十分重要的作用。第10章计算机网络及Internet与此同时，一些大的计算机公司纷纷开展了计算机网络研究与产品开发工作，提出了各种网络体系结构与网络协议，如IBM公司的SNA(SystemNetworkArchitecture)、DEC公司的DNA(DigitalNetworkArchitecture)与UNIVAC公司的DCA(DistributedComputerArchitecture)。第二阶段：在计算机通信网络的基础上，完成网络体系结构与协议的研究，形成了计算机网络。第10章计算机网络及Internet计算机网络发展第二阶段所取得的成果对推动网络技术的成熟和应用极其重要，它研究的网络体系结构与网络协议的理论成果为以后网络理论的发展奠定了基础。很多网络系统经过适当修改与充实后仍在广泛使用。目前国际上应用广泛的Internet网络就是在ARPANet的基础上发展起来的。但是，20世纪70年代后期人们已经看到了计算机网络发展中出现的危机，那就是网络体系结构与协议标准的不统一限制了计算机网络自身的发展和应用。网络体系结构与网络协议标准必须走国际标准化的道路。第三阶段：在解决计算机连网与网络互连标准化问题的背景下，提出开放系统互连参考模型与协议，促进了符合国际标准的计算机网络技术的发展。第10章计算机网络及Internet计算机网络发展的第三阶段加速了体系结构与协议国际标准化的研究与应用。国际标准化组织ISO的计算机与信息处理标准化技术委员会TC97成立了一个分委员会SC16，研究网络体系结构与网络协议国际标准化问题。经过多年卓有成效的工作，ISO正式制定、颁布了“开放系统互连参考模型”(OSIRM：OpenSystemInterconnectionReferenceModel)，即ISO/IEC7498国际标准。ISO/OSIRM已被国际社会所公认，成为研究和制定新一代计算机网络标准的基础。20世纪80年代，ISO与ITU等组织为参考模型的各个层次制定了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSI基本协议集。我国也于1989年在《国家经济系统设计与应用标准化规范》中明确规定选定OSI标准作为我国网络建设标准。ISO/OSIRM及标准协议的制定和完善正在推动计算机网络朝着健康的方向发展。很多大的计算机厂商相继宣布支持OSI标准，并积极研究和开发符合OSI标准的产品。各种符合OSIRM与协议标准的远程计算机网络、局部计算机网络与城市地区计算机网络已开始广泛应用。随着研究的深入，OSI标准将日趋完善。第10章计算机网络及Internet如果说远程计算机网络扩大了信息社会中资源共享的范围，那么局部网络则增强了信息社会中资源共享的深度。远程连网技术与微型机的广泛应用推动了局部网络技术研究的发展。第四阶段：计算机网络向互连、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用。进入20世纪80年代末期以来，在计算机网络领域最引人注目的就是起源于美国的ARPANet，已经发展成世界上规模最大和增长速度最快的国际性计算机互连网络——Internet。Internet迅猛发展的原因是欧洲原子核研究组织CERN开发的万维网(WorldWideWeb)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的这种指数级增长的主要动力。第10章计算机网络及InternetInternet是覆盖全球的信息基础设施之一，对于用户来说，它像是一个庞大的远程计算机网络。用户可以利用Internet实现全球范围的电子邮件、电子传输、信息查询、语音与图像通信服务功能。实际上Internet是一个用路由器(Router)实现多个远程网和局域网互连的网际网，它将对推动世界经济、社会、科学、文化的发展产生不可估量的作用。计算机网络技术的迅速发展和广泛应用必将对21世纪的经济、教育、科技、文化的发展产生重要影响。第10章计算机网络及Internet10.1.2计算机网络的功能、组成和分类计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，那么从它的结构上必然可以分成两个部分：负责数据处理的计算机和终端，负责数据通信的通信控制处理机CCP(CommunicationControlProcessor)和通信线路。从计算机网络组成角度来分，典型的计算机网络在逻辑上可以分为两个子网：资源子网和通信子网。1．计算机网络概念计算机网络是利用通信线路将地理位置分散的、具有独立功能的许多计算机系统连接起来，按照某种协议进行数据通信，以实现资源共享的信息系统。第10章计算机网络及Internet2．计算机网络的功能计算机网络既然是以共享为主要目标，那么它应具备下述几个方面的功能。1)数据通信数据通信功能实现计算机与终端、计算机与计算机间的数据传输，这是计算机网络的基本功能。第10章计算机网络及Internet2)资源共享网络上的计算机彼此之间可以实现资源共享，包括软硬件和数据。信息时代的到来，资源的共享具有重大的意义。首先，从投资考虑，网络上的用户可以共享网上的打印机、扫描仪等，这样就节省了资金。其次，现代的信息量越来越大，单一的计算机已经不能将其存储，只能分布在不同的计算机上，网络用户可以共享这些信息资源。再次，现在计算机软件层出不穷，在这些浩如烟海的软件中，不少是免费共享的，这是网络上的宝贵财富。任何连入网络的人，都有权利使用它们。资源共享为用户使用网络提供了方便。第10章计算机网络及Internet3)实现分布式处理网络技术的发展，使得分布式计算成为可能。对于大型的课题，可以分为许许多多的小题目，由不同的计算机分别完成，然后再集中起来解决问题。由此可见，计算机网络可以大大扩展计算机系统的功能，扩大其应用范围，提高可靠性，为用户提供方便，同时也减少了费用，提高了性能价格比。第10章计算机网络及Internet3．计算机网络的分类(1)按网络节点分布，计算机网络可分为局域网(LAN：LocalAreaNetwork)、广域网(WAN：WideAreaNetwork)和城域网(MAN：MetropolitanAreaNetwork)。局域网是一种在小范围内实现的计算机网络，一般在一个建筑物内、一个工厂内或一个事业单位内，为单位独有。局域网距离可在十几千米以内，信道传输速率可达1000Mb/s，结构简单，布线容易。广域网范围很广，可以分布在一个省内、一个国家内或几个国家之间。广域网连网技术、结构比较复杂。城域网是在一个城市内部组建的计算机信息网络，提供全市的信息服务。目前，我国许多城市均已建成城域网。第10章计算机网络及Internet(2)按交换方式计算机网络可分为电路交换网络(CircuitSwitching)、报文交换网络(MessageSwitching)和分组交换网络(PacketSwitching)等。(3)按网络拓扑结构计算机网络可分为星型网络、树型网络、总线型网络、环型网络和网状网络等。应该指出,在实际组网中,拓扑结构不一定是单一的,通常是几种结构的混用。第10章计算机网络及Internet10.2计算机局域网10.2.1计算机局域网体系结构1．计算机局域网的技术特点计算机局域网LAN产生于20世纪60年代末。20世纪70年代出现了一些实验性的网络，到80年代，局域网的产品已经大量涌现，其典型代表就是Ethernet。近年来，随着社会信息化的发展，计算机局域网技术得到很大的进步，其应用范围也越来越广。第10章计算机网络及Internet(1)局域网覆盖有限的