計算機網路知識

一、計算機網路的產生與發展

1、面向終端的計算機通訊網

2023年，人們開始使用收發器（transceiver）、線路控制器(line controller)、數據機（modem）**線與計算機相連組成面向終端的計算機通訊網。

當人們發現可以利用**線使遠端計算機作資料處理時，計算機的使用者數量就迅速增長。但是，每當需要增加乙個新的遠端終端時，上述的這種線路控制器就要進行許多硬體和軟體的改動，以便和新加入的終端的字符集和傳輸速率等特性相適應。然而，這種線路控制器對主機卻造成了相當大的額外開銷。

人們終於認識到應當有另一種不同硬體結構的裝置來完成資料通訊的任務。這就導致了具有較多智慧型的通訊處理機的出現。通訊處理機也稱為前端處理機fep (front end processor)，負責完成全部的通訊任務，而讓主機(即原來的計算機)專門進行資料的處理。

這樣就大大地提高了主機進行資料處理的效率。

圖 1-1表示用乙個前端處理機與多個遠端終端相連的情況。由於可採用較便宜的小型計算機充當大型計算機的前端處理機，因此這種面向終端的計算機通訊網就獲得了很大的發展。一直到現在，大型計算機組成的網路仍使用前端處理機，而對於目前接人區域網的個人計算機，其使用的介面網絡卡在原理上就相當於這種前端處理機。

圖1-1 用前端處理機完成通訊任務

2、分組交換網

要實現計算機之間的通訊，就必須在使用者之間建立線路聯絡，在所有使用者之間架設直達的專用線路，線路投資太大而且沒有必要。我們可以利用交換技術來解決這個問題。

從通訊資源的分配角度來看，「交換」就是按照某種方式動態地分配傳輸線路的資源。電路交換（circuit switching）技術很好的解決了**使用者之間通話電路的建立問題。電路交換是在通話之前，通過使用者的呼叫（即撥號），由網路預先給使用者分配傳輸頻寬（這裡指的是廣義的頻寬，即將時分制的時隙寬度也稱為頻寬）。

使用者若呼叫成功，則從主叫端到被叫端就建立了一條物理通路。此後雙方才能互相通話。通話完畢掛機後即自動釋放這條物理通路。

電路交換的關鍵點就是：在通話的全部時間內使用者始終占用端到端的固定傳輸頻寬。圖1-2為電路交換的示意圖。

應當注意的是，使用者線歸**使用者專用，而對交換機之間擁有大量話路的中繼線則通話的使用者只占用了其中的乙個通路。

圖1-2 電路交換的示意圖

但是必須認識到，由於計算機的數碼訊號是不連續的，具有突發性和間歇性，利用電路交換傳送這種訊號真正占用線路的時間很少，往往不到10％，在絕大部分時間裡通訊線路實際上是空閒的，使用者卻必須對所有的占用時間付費；電路交換建立通路的時間為10秒—20秒，對於傳輸速率在ms數量級的計算機資料來說太長；電路交換很難適應不同型別、規格的終端和計算機之間的通訊，適用性太差；並且，電路交換難以做到在傳送過程中進行差錯控制，難以保證可靠性。所以，電路交換雖然是一種很好的思路，但其本身並不適合作為計算機網路的交換技術。

2023年8月，巴蘭（baran）首先提出分組交換（packet switching）的概念。分組交換也稱為包交換，它是現代計算機網路的技術基礎。2023年12月，美國的分組交換網arpa net投入執行。

圖1-3為分組交換網的示意圖，圖中虛線內部的通訊結點（結點交換機）和連線這些結點的鏈路組成通訊子網，虛線框外部，都是一些獨立的並且可以進行通訊的計算機，稱為主機，計算機可接乙個或多個終端，並通過它與網路進行聯絡。主機和終端則處於網路的外圍，構成使用者資源子網。在當主機要向其他主機傳送資料時，首先將資料劃分為一系列等長的分組，同時附上一些有關資訊（目的位址等），然後將這些分組依次發往與其相連的結點。

網內通訊鏈路並不被目前通訊的雙方所占用，只有當分組正在該鏈路上傳送時才被占用，在各分組傳送的空閒時間，仍可用於傳送其他主機傳送的分組。

圖1-3 分組交換網

結點收到分組後，先將收到的分組存入緩衝區，再根據分組攜帶的位址資訊按一定的路由演算法，確定將該分組發往哪個結點。乙個分組交換網只要不超過網路容量，能允許很多主機同時進行通訊。

各結點交換機的主要作用是負責分組的儲存、**及路由選擇。儲存、**、分組交換技術，實質上採用的策略是動態分配傳輸通道，因此非常適合傳輸突發式的計算機資料，降低了使用者的使用費用，極大地提高了通訊線路的利用率。每個結點均有智慧型，可根據情況決定路由和對資料進行處理，是交換具有較高的靈活性。

具有完善的網路協議和分布式多路由的通訊子網，提高了線路的可靠性。

arpa net的試驗成功，使計算機網路由以單個主機為中心的面向終端的計算機網轉變為以通訊子網為中心的分組交換網。使用者不僅共享通訊子網的資源，還可共享資源子網的硬體和軟體資源。這種以通訊子網為中心的計算機網路通常稱為第二代計算機網路。

分組交換網可以是專用的，也可以是公用的，今天著名的全球性網路internet就是在此基礎上形成的。我國公用分組交換網（cnpac）於2023年11月建成。

3、計算機網路的體系結構的形成

計算機網路是乙個非常複雜的系統，需要解決的問題很多並且性質各不相同。所以，在arpanet設計時，就提出了「分層」的思想，即將龐大而複雜的問題分為若干較小的易於處理的區域性問題。2023年美國ibm公司按照分層的方法制定了系統網路體系結構sna（system network architecture）。

現在sna已成為世界上較廣泛使用的一種網路體系結構。

一開始，各個公司都有自己的網路體系結構，就使得各公司自己生產的各種裝置容易互聯成網，有助於該公司壟斷自己的產品。但是，隨著社會的發展，不同網路體系結構的使用者迫切要求能互相交換資訊。為了使不同體系結構的計算機網路都能互聯，國際標準化組織iso於2023年成立專門機構研究這個問題。

2023年iso提出了「異種機連網標準」的框架結構，這就是著名的開放系統互聯參考模型osi。

osi得到了國際上的承認，成為其他各種計算機網路體系結構依照的標準，大大地推動了計算機網路的發展。20世紀70年代末到80年代初，出現了利用人造通訊衛星進行中繼的國際通訊網路。網路互聯技術不斷成熟和完善，區域網和網路互聯開始商品化。

4、高速多**網路技術

從20世紀80年代末開始，計算機網路開始進入其發展的***時期，其主要標誌有：多**網路及寬頻綜合業務數字網（b-isdn）的開發和應用、網路傳輸介質的光纖化、資訊高速公路的建設、智慧型網路的發展。分布式系統的研究，促使高速網路技術飛速發展，相繼出現高速乙太網、光纖分布式資料介面fddi、快速分組交換技術，包括幀中繼、非同步轉移模式等。

二、計算機網路的定義

計算機網路,就是利用通訊裝置和線路將地理位置不同的、功能獨立的多個計算機系統互連起來,以功能完善的網路軟體(即網路通訊協議、資訊交換方式和網路作業系統等)實現網路中資源共享和資訊傳遞的系統。

計算機網路的分類

雖然網路型別的劃分標準各種各樣，但是從地理範圍劃分是一種大家都認可的通用網路劃分標準。按這種標準可以把各種網路型別劃分為區域網、都會網路、廣域網和網際網路四種。區域網一般來說只能是乙個較小區域內，都會網路是不同地區的網路互聯，不過在此要說明的一點就是這裡的網路劃分並沒有嚴格意義上地理範圍的區分，只能是乙個定性的概念。

下面簡要介紹這幾種計算機網路。

1。區域網（local area network；lan）

通常我們常見的「lan」就是指區域網，這是我們最常見、應用最廣的一種網路。現在區域網隨著整個計算機網路技術的發展和提高得到充分的應用和普及，幾乎每個單位都有自己的區域網，有的甚至家庭中都有自己的小型區域網。很明顯，所謂區域網，那就是在區域性地區範圍內的網路，它所覆蓋的地區範圍較小。

區域網在計算機數量配置上沒有太多的限制，少的可以只有兩台，多的可達幾百台。一般來說在企業區域網中，工作站的數量在幾十到兩百台次左右。在網路所涉及的地理距離上一般來說可以是幾公尺至10公里以內。

區域網一般位於乙個建築物或乙個單位內，不存在尋徑問題，不包括網路層的應用。

這種網路的特點就是：連線範圍窄、使用者數少、配置容易、連線速率高。目前區域網最快的速率要算現今的10g乙太網了。

ieee的802標準委員會定義了多種主要的lan網：乙太網（ethernet）、令牌環網（token ring）、光纖分布式介面網路（fddi）、非同步傳輸模式網（atm）以及最新的無線區域網（wlan）。這些都將在後面詳細介紹。

2。都會網路（metropolitan area network；man）

這種網路一般來說是在乙個城市，但不在同一地理小區範圍內的計算機互聯。這種網路的連線距離可以在10￣100公里，它採用的是ieee802.6標準。

man與lan相比擴充套件的距離更長，連線的計算機數量更多，在地理範圍上可以說是lan網路的延伸。在乙個大型城市或都市地區，乙個man網路通常連線著多個lan網。如連線**機構的lan、醫院的lan、電信的lan、公司企業的lan等等。

由於光纖連線的引入，使man中高速的lan互連成為可能。

都會網路多採用atm技術做骨幹網。atm是乙個用於資料、語音、**以及多**應用程式的高速網路傳輸方法。atm包括乙個介面和乙個協議，該協議能夠在乙個常規的傳輸通道上，在位元率不變及變化的通訊量之間進行切換。

atm也包括硬體、軟體以及與atm協議標準一致的介質。atm提供乙個可伸縮的主幹基礎設施，以便能夠適應不同規模、速度以及定址技術的網路。atm的最大缺點就是成本太高，所以一般在**都會網路中應用，如郵政、銀行、醫院等。

3。廣域網（wide area network；wan）

這種網路也稱為遠端網，所覆蓋的範圍比都會網路（man）更廣，它一般是在不同城市之間的lan或者man網路互聯，地理範圍可從幾百公里到幾千公里。因為距離較遠，資訊衰減比較嚴重，所以這種網路一般是要租用專線，通過imp（介面資訊處理）協議和線路連線起來，構成網狀結構，解決循徑問題。這種都會網路因為所連線的使用者多，總出口頻寬有限，所以使用者的終端連線速率一般較低，通常為9.

6kbps￣45mbps 如：郵電部的chinanet，chinapac，和chinaddn網。

4.網際網路（internet）

網際網路又因其英文單詞「internet」的諧音，又稱為「英特網」。在網際網路應用如此發展的今天，它已是我們每天都要打交道的一種網路，無論從地理範圍，還是從網路規模來講它都是最大的一種網路，就是我們常說的「web」、「www」和「全球資訊網」等多種叫法。從地理範圍來說，它可以是全球計算機的互聯，這種網路的最大的特點就是不定性，整個網路的計算機每時每刻隨著人們網路的接入在不變的變化。

當您連在網際網路上的時候，您的計算機可以算是網際網路的一部分，但一旦當您斷開網際網路的連線時，您的計算機就不屬於網際網路了。但它的優點也是非常明顯的，就是資訊量大，傳播廣，無論你身處何地，只要聯上網際網路你就可以對任何可以聯網使用者發出你的信函和廣告。因為這種網路的複雜性，所以這種網路實現的技術也是非常複雜的，這一點我們可以通過後面要講的幾種網際網路接入裝置詳細地了解到。

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