計算機網絡原理

第1章 計算機網絡概論

1.1 計算機網絡發展簡史

計算機網絡發展的四個階段

計算機網絡是計算機技術與通信技術相結合的產物。隨着計算機技術和通信技術的不斷髮展,計算機網絡也經歷了從簡單到複雜，從單機到多機的發展過程,其發展過程大致可以細分爲以下4個階段。

1. 面向終端的計算機網絡：20世紀50~60年代,計算機網絡進入到面向終端的階段,以主機爲中心，通過計算機實現與遠程終端的數據通信。

   

2. 多臺計算機互連的計算機網絡

   

   這一階段主要有兩個標誌性成果：

   1. 提出分組交換技術
   2. 形成了TCP/IP協議雛形

   在這階段最引人注目的是ARPAnet的建立，高等研究計劃署網絡（英語：Advanced Research Projects Agency Network，縮寫ARPAnet）是美國國防高等研究計劃署開發的世界上第一個運營的數據包交換網絡，是全球互聯網的鼻祖。由於ARPAnet規模增大，人們需要一種統一的體系結構，1973年12月25日，Vinton Cerf（溫頓·瑟夫）和 Robert Kahn（羅伯特卡恩）完成了TCP描述。1978年分離出IP和TCP，後又增加UDP。

3. 面向標準化的計算機網絡

   • IBM公司（1974）SNA（系統網絡體系結構）
   • DEC公司DNA（數字網絡系統結構）
   • Univac公司DCA（數字通信體系結構）
   • Burroughs公司BNA（寶來網絡體系結構）

   這一階段標準性成果有

   • 制定網絡體系結構
   • OSI-RM模型形成TCP/IP系統結構形成的以太網
   • 公用數據網
   • 等

   在ARPANET的基礎上，形成了以TCP/IP爲核心的因特網。任何一臺計算機只要遵循TCP/IP協議族標準，並有一個合法的IP地址，就可以接入到Internet。TCP和IP是Internet所採用的協議族中最核心的兩個， 分別稱爲傳輸控制協議（Transmission Control Protocol, TCP）和互連網協議（Internet Protocol, IP）。

4. 面向全球互聯的計算機網絡

因特網發展回顧

因特網起源於阿帕網ARPAnet

1986年，美國NSF建立了國家科學基金網 NSFNET， 因特網逐步形成三級層次架構：

從1993年開始，由美國政府資助的** **NSFNET****逐漸被若干個商用的ISP 網絡所代替。

1994 年開始創建了 4 個網絡接入點 **NAP (NetworkAccess Point)，分別由 **4 個電信公司經營。

從 1994 年到現在，因特網逐漸演變成多級結構、覆蓋全球的大規模網絡。

因特網在我國的發展

第一階段：1986年–1994年

第二階段：1995年–2007年

第三階段：從2008年–以規模發展爲標誌

1.2計算機網絡的定義及其特點

計算機網絡的定義

計算機網絡主要是由一些通用的、可編程的硬件互連而成的，而這些硬件並非專門用來實現某一特定目的（例如，傳送數據或視頻信號）。這些可編程的硬件能夠用來傳送多種不同類型的數據，並能支持廣泛的和日益增長的應用。

重要的兩點：

1. 多種硬件：包括計算機、只能手機、智能傳感器等
2. 多種應用：包括數據、語音、視頻、以及今後可能出現的各種應用

「網絡」是一個統稱，泛指把人或物互連在一起而形成的系統

大衆熟悉的三大類網絡：

• 電信網絡：提供電話、電報及傳真等服務
• 有限電視網絡：向用戶傳送各種電視節目
• 計算機網絡：使用戶在計算機之間傳送數據文件

其中發展最快的並起到核心作用的是計算機網絡

計算機網絡的特點

• 連通性：使上網用戶之間都可以交換信息（數據，以及各種音頻視頻） ，好像這些用戶的計算機都可以彼此直接連通一樣（注意，互聯網具有虛擬的特點，無法準確知道對方是誰，也無法知道對方的位置）
• 共享性：指資源共享，資源共享的含義是多方面的。可以是信息共享，軟件共享，也可以是硬件共享

1.3互聯網概述

互聯網的定義

互聯網，特指 Internet，它起源於美國，是由數量極大的各種計算機網絡互連起來而形成的一個互連網絡。它採用 TCP/IP 協議族作爲通信規則，是一個覆蓋全球、實現全球範圍內連通性和資源共享的計算機網絡。

internet 和 Internet 的區別

• 以小寫字母 「i」 開始的 internet（互連網）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網絡互連而成的網絡。

• 以大寫字母「I」 開始的的 Internet（互聯網或因特網）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由衆多網絡相互連接而成的特定計算機網絡，它採用 TCP/IP 協議族作爲通信的規則，且其前身是美國的 ARPANET。

所以任意把幾個計算機網絡互連起來（不管採用什麼協議），並能夠相互通信，這樣構成的是一個互連網 (internet)，而不是互聯網(Internet)。

互聯網基礎結構發展的三個階段

• **第一階段：**從單個網絡 ARPANET 向互聯網發展的過程。1983 **年，TCP/IP **協議成爲 ARPANET 上的標準協議，使得所有使用 TCP/IP 協議的計算機都能利用互連網相互通信。人們把 1983 年作爲互聯網的誕生時間。1990年，ARPANET 正式宣佈關閉。

• 第二階段：建成了三級結構的互聯網。它是一個三級計算機網絡，分爲主幹網、地區網和校園網（或企業網）。

  

• 第三階段：逐漸形成了多層次 ISP 結構的互聯網。出現了**互聯網服務提供者 **ISP (Internet Service Provider)。任何機構和個人只要向某個 ISP **交納規定的費用，就可從該 **ISP 獲取所需 IP 地址使用權，並可通過該ISP 接入到互聯網。根據提供服務的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數目的不同，ISP也分成爲不同層次的ISP：主幹ISP、地區ISP和本地ISP。

計算機網絡的類別

計算機網絡有多種類別。典型包括：

• 按照網絡的作用範圍進行分類

  • 廣域網WAN (Wide Area Network)：作用範圍通常爲幾十到幾千公里。

  • 城域網MAN (Metropolitan Area Network)：作用距離約爲5~50 公里。

  • 局域網 LAN (Local Area Network) **：**侷限在較小的範圍（如 1 公里左右）。

  • 個人區域網 PAN (Personal Area Network) **：**範圍很小，大約在 10 米左右。

  • 若中央處理機之間的距離非常近（如僅1 米的數量級甚至更小些），則一般就稱之爲多處理機系統，而不稱它爲計算機網絡

• 按照網絡的使用者進行分類

  • 公用網 (public network) 按規定交納費用的人都可以使用的網絡。因此也可稱爲公衆網
  • 專用網 (private network) 爲特殊業務工作的需要而建造的網絡。

• 用來把用戶接到互聯網的網絡

  接入網 AN (Access Network)，它又稱爲本地接入網或居民接入網。

  接入網是一類比較特殊的計算機網絡，用於將用戶接入互聯網。接入網本身既不屬於互聯網的核心部分，也不屬於互聯網的邊緣部分。接入網是從某個用戶端系統到互聯網中的第一個路由器（也稱爲邊緣路由器）之間的一種網絡。從覆蓋的範圍看，很多接入網還是屬於局域網。從作用上看，接入網只是起到讓用戶能夠與互聯網連接的「橋樑」作用。