《現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第1章

第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和功能1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類習(xí)題計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能包括如下幾個(gè)方面。

1．?dāng)?shù)據(jù)通信利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳遞是一種全新的電子傳遞方式，比現(xiàn)有的其他通信工具有更多的優(yōu)點(diǎn)，比如它不像電話，需要通話者同時(shí)在場(chǎng)，也不像廣播系統(tǒng)，只能單方向傳遞信息；在速度上也比其他方式快得多，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還可以傳遞聲音、圖像和視頻等多媒體信息。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，還可以建立一種新型的協(xié)作方式，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)協(xié)同工作，它消除了地理上的距離限制。1.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義和功能

2．資源共享在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，有許多昂貴的資源，例如大型數(shù)據(jù)庫(kù)、巨型計(jì)算機(jī)等，要使這些資源為每一用戶所擁有，即用戶可以共享這些資源。共享資源包括硬件資源的共享，如打印機(jī)、大容量磁盤等；也包括軟件資源的共享，如程序、數(shù)據(jù)等。資源共享的結(jié)果是避免重復(fù)投資和勞動(dòng)，從而提高資源的利用率，使系統(tǒng)的整體性能價(jià)格比得到改善。

3．增加可靠性在單個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，某個(gè)資源或計(jì)算機(jī)的暫時(shí)失效將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，或者通過(guò)替換資源的辦法來(lái)維持系統(tǒng)的繼續(xù)運(yùn)行。但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，每種資源(尤其程序和數(shù)據(jù))可以存放在多個(gè)地點(diǎn)，而用戶可以通過(guò)多種途徑來(lái)訪問(wèn)網(wǎng)內(nèi)的某個(gè)資源，從而避免了單點(diǎn)失效對(duì)用戶產(chǎn)生的影響。

4．提高系統(tǒng)處理能力單機(jī)系統(tǒng)的處理能力是有限的，且由于種種原因，各計(jì)算機(jī)的忙閑程度也不均勻。從理論上講，在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)協(xié)同操作和并行處理來(lái)提高整個(gè)系統(tǒng)的處理能力，并使各計(jì)算機(jī)負(fù)載均衡。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具備上述功能，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持下，銀行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)異地通存通兌，而且加快了資金的流轉(zhuǎn)速度；醫(yī)療專家系統(tǒng)的各科醫(yī)生可以聯(lián)合為一個(gè)病人治療、診斷；由科學(xué)家們組成的各個(gè)領(lǐng)域的研究圈通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和研究，及時(shí)發(fā)表最新的思想和研究成果。1.2.1面向終端的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)在計(jì)算機(jī)剛問(wèn)世后的幾年里，數(shù)量非常少，且非常昂貴，因此計(jì)算機(jī)和通信并沒(méi)有什么關(guān)系。1954年，人們開(kāi)始使用一種叫做收發(fā)器(transceiver)的終端，人們使用這種終端首次實(shí)現(xiàn)了將穿孔卡片上的數(shù)據(jù)通過(guò)電話線路送到遠(yuǎn)地的計(jì)算機(jī)的功能。后來(lái)，電傳打字機(jī)也作為遠(yuǎn)程終端和計(jì)算機(jī)相連，用戶可在遠(yuǎn)地的電傳打字機(jī)上鍵入自己的程序，而計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果又可以傳送到遠(yuǎn)地的電傳打字機(jī)上并打印出來(lái)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本原型就這樣誕生了。1.2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生和發(fā)展由于當(dāng)初計(jì)算機(jī)是為成批處理而設(shè)計(jì)的，因此計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端相連時(shí)，必須在計(jì)算機(jī)上增加一個(gè)接口，并且這個(gè)接口應(yīng)當(dāng)對(duì)計(jì)算機(jī)原來(lái)的硬件和軟件的影響盡可能小。于是，就出現(xiàn)了所謂的“線路控制器”(LineController)(因?yàn)樵谕ㄐ啪€路上采用串行傳輸而在計(jì)算機(jī)內(nèi)采用的是并行傳輸，因此線路控制器的主要功能是進(jìn)行串行和并行傳輸?shù)霓D(zhuǎn)換以及簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制)。在通信線路的兩端還必須各加上一個(gè)調(diào)制解調(diào)器。這是因?yàn)殡娫捑€路本來(lái)是為傳送模擬的話音信號(hào)而設(shè)計(jì)的，它不適合于傳送計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)。調(diào)制解調(diào)器的主要作用就是把計(jì)算機(jī)或終端使用的數(shù)字信號(hào)與電話線路上傳送的模擬信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)或數(shù)/模轉(zhuǎn)換。隨著遠(yuǎn)程終端數(shù)量的增多，為了避免一臺(tái)計(jì)算機(jī)使用多個(gè)線路控制器，在20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了多重線路控制器(MultilineController)，它可和多個(gè)遠(yuǎn)程終端相連接(見(jiàn)圖1-1)，構(gòu)成面向終端的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，它是最原始的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(有人稱其為第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò))。這里，計(jì)算機(jī)是網(wǎng)絡(luò)的中心和控制者，終端圍繞中心計(jì)算機(jī)分布在各處，而計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)也還是進(jìn)行成批處理，故稱其為聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，以區(qū)別于早先使用的脫機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)還可用作數(shù)據(jù)處理時(shí)，計(jì)算機(jī)的用戶數(shù)量就迅速增長(zhǎng)。但是，每當(dāng)需要增加一個(gè)新的遠(yuǎn)程終端時(shí)，上述的這種線路控制器就要進(jìn)行許多硬件和軟件的改動(dòng)，以便與新加入的終端的字符集和傳輸速率等特性相適應(yīng)。然而，這種線路控制器對(duì)主機(jī)卻造成了相當(dāng)大的額外開(kāi)銷。人們終于認(rèn)識(shí)到應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)出另一種不同硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)備來(lái)完成數(shù)據(jù)通信的任務(wù)，這就導(dǎo)致了具有較多智能的通信處理機(jī)的出現(xiàn)。通信處理機(jī)也稱為前端處理機(jī)(FEP，F(xiàn)rontEndProcessor)，或簡(jiǎn)稱為前端機(jī)。前端處理機(jī)分工完成全部的通信任務(wù)，而讓主機(jī)專門進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。這樣就大大地提高了主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的效率。圖1-1面向終端的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)圖1-2表示用一個(gè)前端處理機(jī)與多個(gè)遠(yuǎn)程終端相連的情況。由于可采用較便宜的小型計(jì)算機(jī)充當(dāng)大型計(jì)算機(jī)的前端處理機(jī)，因此這種面向終端的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)獲得了很大的發(fā)展。一直到現(xiàn)在，大型計(jì)算機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)仍使用前端處理機(jī)，而對(duì)于目前接入局域網(wǎng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，其使用的接口網(wǎng)卡在原理上就相當(dāng)于這種前端處理機(jī)。圖1-2用前端處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)1.2.2基于交換的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)在面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用戶通過(guò)終端命令以交互方式使用計(jì)算機(jī)，從而將單一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源共享給各個(gè)用戶。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用極大地刺激了用戶使用計(jì)算機(jī)的熱情，使計(jì)算機(jī)用戶的數(shù)量迅速增加。但這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也存在著一定的缺點(diǎn)：如果計(jì)算機(jī)的負(fù)荷較重，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；如果主機(jī)系統(tǒng)可靠性降低，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓。為了克服第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，人們開(kāi)始研究利用類似電話系統(tǒng)中的線路交換思想將多臺(tái)計(jì)算機(jī)相互連接起來(lái)。這種基于交換技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有著極其重要的作用，它成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)。電路交換技術(shù)本來(lái)是為電話通信而設(shè)計(jì)的，對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，建立通路的呼叫過(guò)程太長(zhǎng)，必須尋找新的適合于計(jì)算機(jī)通信的交換技術(shù)。1964年8月，Baran(巴蘭)在美國(guó)Rand(蘭德)公司的《論分布式通信》的研究報(bào)告中提出了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)思想。在1962～1965年，美國(guó)國(guó)防部的高級(jí)研究計(jì)劃署(ARPA，AdvancedResearchProjectsAgency)和英國(guó)的國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL，NationalPhysicsLaboratory)都對(duì)新型的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)進(jìn)行過(guò)研究。1966年6月，NPL的Davies(戴維斯)首次提出“分組”(Packet)這一概念。1969年12月，美國(guó)的分組交換網(wǎng)ARPANET投入運(yùn)行，當(dāng)時(shí)僅有4個(gè)結(jié)點(diǎn)。ARPANET的成功，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元。

ARPANET網(wǎng)的成功運(yùn)行使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生了根本變化。早期的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以單臺(tái)主機(jī)為中心的星形網(wǎng)(見(jiàn)圖1-3(a))，各終端通過(guò)電話網(wǎng)共享主機(jī)的硬件和軟件資源。而分組交換網(wǎng)則實(shí)際以網(wǎng)絡(luò)(通信子網(wǎng))為中心，主機(jī)和終端都處在網(wǎng)絡(luò)的邊緣(見(jiàn)圖1-3(b))。主機(jī)和終端構(gòu)成了用戶資源子網(wǎng)(以區(qū)別于通信子網(wǎng))，用戶不僅共享通信子網(wǎng)的資源，而且還可共享用戶資源子網(wǎng)豐富的硬件和軟件資源。這種以通信子網(wǎng)為中心的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)被稱為第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它比第一代網(wǎng)絡(luò)在功能上擴(kuò)大了很多，成為20世紀(jì)七八十年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要形式。圖1-3從以單個(gè)主機(jī)為中心演變到以通信子網(wǎng)為中心在以分組交換為核心的第二代通信網(wǎng)絡(luò)中，多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，既分散又統(tǒng)一，從而使整個(gè)系統(tǒng)性能大大提高；原來(lái)單一主機(jī)的負(fù)載可以分散到全網(wǎng)的各個(gè)機(jī)器上，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快；在這種系統(tǒng)中，單機(jī)故障也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全面癱瘓。必須指出，分組交換網(wǎng)之所以能得到迅速的發(fā)展，很重要的一個(gè)原因就是：分組交換技術(shù)給用戶帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)上的好處，其費(fèi)用比使用電路交換更為低廉。1.2.3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成在網(wǎng)絡(luò)中，相互通信的計(jì)算機(jī)必須高度協(xié)調(diào)工作，而這種“協(xié)調(diào)”是相當(dāng)復(fù)雜的。為了降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，早在當(dāng)初設(shè)計(jì)ARPANET時(shí)專家就提出了層次模型思想。分層次設(shè)計(jì)方法可以將龐大而復(fù)雜的物體轉(zhuǎn)化為若干較小且易于處理的子問(wèn)題。1974年，IBM公司提出了它研制的“系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”(SNA，SystemNetworkArchitecture)，它是按照分層的方法制定的，成為世界上使用得較為廣泛的一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。DEC公司當(dāng)時(shí)也提出了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)——數(shù)字網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(DNA，DigitalNetworkArchitecture)。有了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使得一個(gè)公司所生產(chǎn)的各種機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以非常容易地被連接起來(lái)，這種情況顯然有利于一個(gè)公司壟斷自己的產(chǎn)品。用戶一旦購(gòu)買了某個(gè)公司的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)需要擴(kuò)展時(shí)，就只能再購(gòu)買原公司的產(chǎn)品。因?yàn)楦鱾€(gè)公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)各不相同，所以不同公司之間的網(wǎng)絡(luò)不能互連互通。然而全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得不同網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的用戶迫切要求能夠互相交換信息。為了使不同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都能互連，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于1977年成立了專門機(jī)構(gòu)研究該問(wèn)題。不久，他們就提出了一個(gè)使各種計(jì)算機(jī)能夠互連的標(biāo)準(zhǔn)框架，即著名的開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型(OSI/RM，OpenSystemsInterconnection/ReferenceModel)，簡(jiǎn)稱為OSI，它將網(wǎng)絡(luò)劃分為七層，并規(guī)定了每層的功能(詳見(jiàn)1.3節(jié))。它的“開(kāi)放”思想是：只要遵循OSI標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方并也遵循同一標(biāo)準(zhǔn)的任何其他系統(tǒng)進(jìn)行通信(這一點(diǎn)很像世界范圍的電話和郵政系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)都是開(kāi)放系統(tǒng))。OSI/RM參考模型的提出，意味著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到了第三代。

OSI參考模型的推出使網(wǎng)絡(luò)發(fā)展走向標(biāo)準(zhǔn)化，而網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化的最大體現(xiàn)就是Internet的飛速發(fā)展，現(xiàn)在Internet已成為全球最大的商用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)。它遵循TCP/IP參考模型，由于TCP/IP仍然使用分層結(jié)構(gòu)思想(但與OSI參考模型有很大不同)，因此Internet仍屬于第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。1.2.4局域網(wǎng)的形成在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程中，另一個(gè)重要階段就是在20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來(lái)的局域網(wǎng)。由于微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用普及，人們迫切需要將眾多的微機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)就是在一個(gè)有限區(qū)域范圍內(nèi)將眾多微型計(jì)算機(jī)連接在一起實(shí)現(xiàn)信息交換和信息共享的網(wǎng)絡(luò)。作為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要分支，局域網(wǎng)連網(wǎng)簡(jiǎn)單，只要在微型計(jì)算機(jī)中插入一個(gè)接口板就能實(shí)現(xiàn)連網(wǎng)。由于局域網(wǎng)價(jià)格便宜，傳輸速率高，使用方便，因此在20世紀(jì)80年代開(kāi)始得到了快速發(fā)展，特別是微機(jī)的大量推廣和普及，對(duì)局域網(wǎng)的應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用，對(duì)當(dāng)今計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。1.2.5Internet時(shí)代的到來(lái)進(jìn)入20世紀(jì)80年代末期以來(lái)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最引人注目的就是起源于美國(guó)的Internet的飛速發(fā)展。Internet的原意就是互聯(lián)網(wǎng)，全國(guó)自然科學(xué)名詞審定委員會(huì)推薦的譯名是“因特網(wǎng)”。本書仍用英文原名。現(xiàn)在Internet已發(fā)展成為世界上最大的國(guó)際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)。Internet對(duì)世界的沖擊之大，影響之深是人們所未能預(yù)料的，這就使得20世紀(jì)90年代成為Internet時(shí)代。

Internet已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長(zhǎng)速率最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有人能夠準(zhǔn)確說(shuō)出Internet究竟有多大。特別是到了20世紀(jì)90年代，Internet得到了迅猛發(fā)展，成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì)。1998年初的統(tǒng)計(jì)是：已有超過(guò)60萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)連在Internet上，而上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)超過(guò)2000萬(wàn)臺(tái)；Internet上的數(shù)據(jù)通信量每月約增加10%；Internet已連通了世界上180多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。由于Internet存在著技術(shù)上和功能上的不足，加上用戶數(shù)量猛增，使得現(xiàn)有的Internet不堪重負(fù)。因此1996年美國(guó)的一些研究機(jī)構(gòu)和34所大學(xué)提出研制和建造新一代Internet的設(shè)想。同年10月，美國(guó)宣布在今后5年內(nèi)用5億美元的聯(lián)邦資金實(shí)施“下一代Internet計(jì)劃”，即“NGI計(jì)劃”(NextGenerationInternetInitiative)。

NGI計(jì)劃要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo)是：開(kāi)發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以比現(xiàn)在的Internet高100倍的速率連接至少100個(gè)研究機(jī)構(gòu)，以比現(xiàn)在的Internet高1000倍的速率連接10個(gè)類似的網(wǎng)點(diǎn)；其端到端的傳輸速率要超過(guò)100?Mb/s至10?Gb/s。另一個(gè)目標(biāo)是使用更加先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)和開(kāi)發(fā)許多帶有革命性的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、有關(guān)能源和地球系統(tǒng)的研究、高性能的全球通信、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、緊急情況處理等。NGI計(jì)劃將使用超高速全光網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)更快速的交換和路由選擇，同時(shí)具有為一些實(shí)時(shí)應(yīng)用保留帶寬的能力。在整個(gè)Internet的管理和保證信息的可靠性和安全性方面也會(huì)有很大的改進(jìn)。1.2.6計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前景計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)第一代、第二代和第三代的發(fā)展，表現(xiàn)出其巨大的使用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。從技術(shù)的發(fā)展看，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要因素是微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、光通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等。微電子技術(shù)用于通信，發(fā)展了數(shù)字電話、ISDN、數(shù)字移動(dòng)電話、寬帶ISDN以及異步傳輸模式ATM等。光通信技術(shù)的發(fā)展提高了傳送速度和性能，預(yù)計(jì)到2010年傳輸速率可達(dá)到105Mb/s，傳輸性能達(dá)到50Mb·km/s(即50兆位千米每秒)。從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)本身的發(fā)展來(lái)看，為了滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，以及迎接十分激烈的競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)，在20世紀(jì)90年代人們主要通過(guò)改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、傳輸技術(shù)、交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理，從而提高性能、增加服務(wù)、減低成本、滿足用戶的需要，已經(jīng)定義了同步光纖網(wǎng)SONET標(biāo)準(zhǔn)，速率分別達(dá)到155?Mb/s、622?Mb/s和2.5?Gb/s的系統(tǒng)已經(jīng)推出，異步傳輸模式ATM已進(jìn)入實(shí)用階段，并開(kāi)始用于寬帶ISDN和多媒體通信等高速網(wǎng)絡(luò)。高速網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)主要包括圖像、多媒體、實(shí)時(shí)系統(tǒng)和分布計(jì)算。圖像應(yīng)用包括圖像文本管理、可視化工具、醫(yī)療圖像、出版、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造、建筑設(shè)計(jì)制圖和指紋驗(yàn)證等。多媒體應(yīng)用包括計(jì)算機(jī)支持合作工作、會(huì)議系統(tǒng)、分布多媒體學(xué)習(xí)環(huán)境、電視點(diǎn)播系統(tǒng)等。實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用包括安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制和操作、在線事務(wù)處理等。分布計(jì)算應(yīng)用包括分布處理、分布數(shù)據(jù)庫(kù)、客戶/服務(wù)器系統(tǒng)等。由此可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正迅速朝著高速化、實(shí)時(shí)化、智能化、集成化和多媒體化的方向發(fā)展。1.3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1.3.1分層次的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要想使兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使它們采用統(tǒng)一的信息交換規(guī)則。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，把用于規(guī)定信息格式以及如何發(fā)送和接收信息的一套規(guī)則(標(biāo)準(zhǔn)、約定)稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(或稱通信協(xié)議)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，就必須遵守一些事先約定好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議主要由以下三個(gè)要素組成：語(yǔ)法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)、格式和編碼。語(yǔ)義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種應(yīng)答。同步，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。由此可見(jiàn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不可缺少的組成部分。

2．協(xié)議分層為了減少網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，協(xié)議的設(shè)計(jì)者并不是設(shè)計(jì)一個(gè)單一、巨大的協(xié)議來(lái)為所有形式的通信規(guī)定完整的細(xì)節(jié)，而是把復(fù)雜的通信問(wèn)題按一定層次劃分為許多相對(duì)獨(dú)立的子功能，然后為每一個(gè)子功能設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的協(xié)議，即每層對(duì)應(yīng)一個(gè)協(xié)議。這樣做使得每個(gè)協(xié)議的設(shè)計(jì)、分析、編碼和測(cè)試變得簡(jiǎn)單易行，這是協(xié)議分層的根本目的。從層次角度看，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就是按照分層次的方式來(lái)組織和實(shí)現(xiàn)的。狹義地說(shuō)，協(xié)議分層就是按照信息的流動(dòng)過(guò)程將網(wǎng)絡(luò)的整體功能分解為一個(gè)個(gè)的功能層，每個(gè)功能層用對(duì)應(yīng)的協(xié)議規(guī)定其功能，不同機(jī)器上的同等功能層之間采用相同的協(xié)議，同一機(jī)器上的相鄰功能層之間通過(guò)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。為了便于理解協(xié)議分層的概念，在現(xiàn)實(shí)生活中可以找到許多協(xié)議分層思想，下面以郵政送遞系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。人們平常寫信時(shí)，實(shí)際上都有信件的格式和內(nèi)容約定。首先必須采用雙方都懂的語(yǔ)言文字和文體，開(kāi)頭是對(duì)方稱謂，最后是落款等。這樣，對(duì)方收到信后，才可以看懂信中的內(nèi)容，知道是誰(shuí)寫的，什么時(shí)候?qū)懙牡?。?dāng)然還可以有其他的一些特殊約定，如書信的編號(hào)、密寫手段等。信寫好之后，必須用信封將信件進(jìn)行封裝并交由郵局寄發(fā)。其次，寄信人和郵局之間也要有約定，即規(guī)定信封的寫法并貼足郵票。在中國(guó)寄信必須先寫收信人地址、姓名和郵編，然后才寫寄信人的地址、姓名和郵編。郵局收到信后，要按郵寄地點(diǎn)和信件種類進(jìn)行分揀和分類，打包并附上標(biāo)簽后，交付有關(guān)運(yùn)輸部門進(jìn)行運(yùn)輸，如航空信交民航，平信交鐵路、公路或水路等運(yùn)輸部門。同樣，郵局和運(yùn)輸部門也有約定，要規(guī)定打包標(biāo)簽上的格式，如到站地點(diǎn)、時(shí)間、包裹形式等。信件運(yùn)送到目的地后進(jìn)行相反的過(guò)程，最終將信件送到收信人手中，收信人依照約定的格式才能讀懂信件。如圖1-4所示，整個(gè)過(guò)程被劃分成三個(gè)子系統(tǒng)，即用戶子系統(tǒng)、郵政子系統(tǒng)和運(yùn)輸子系統(tǒng)。圖1-4郵政系統(tǒng)分層模型從上面例子可以看出，各種約定都是為了達(dá)到將信件從一個(gè)源地送到某一個(gè)目的地這個(gè)目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，這就是說(shuō)，它們是因信息的流動(dòng)而產(chǎn)生的。可以將這些約定分為同等機(jī)構(gòu)間的約定(如用戶之間的約定、郵政局之間的約定和運(yùn)輸部門之間的約定)以及不同機(jī)構(gòu)間的約定(如用戶與郵政局之間的約定、郵政局與運(yùn)輸部門之間的約定)。雖然兩個(gè)用戶、兩個(gè)郵政局、兩個(gè)運(yùn)輸部門分處甲、乙兩地，但它們都分別對(duì)應(yīng)同等機(jī)構(gòu)，同屬一個(gè)子系統(tǒng)；而同處一地的不同機(jī)構(gòu)則不在一個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)，而且它們之間的關(guān)系是服務(wù)與被服務(wù)的關(guān)系。很顯然，這兩種約定是不同的，前者為部門內(nèi)部的約定，而后者是不同部門之間的約定。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)中兩個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行通信的過(guò)程與郵政通信的過(guò)程十分相似。用戶進(jìn)程對(duì)應(yīng)于用戶，計(jì)算機(jī)中進(jìn)行通信的進(jìn)程對(duì)應(yīng)于郵局，通信設(shè)施對(duì)應(yīng)于運(yùn)輸部門。為了減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，人們往往按功能將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)不同的功能層。網(wǎng)絡(luò)中同等層之間的通信規(guī)則就是該層使用的協(xié)議，如有關(guān)第N層的通信規(guī)則的集合就是第N層的協(xié)議。而同一計(jì)算機(jī)的不同功能層之間的通信規(guī)則稱為接口，在第N層和第(N＋1)層之間的接口稱為N/(N＋1)層接口?？偟膩?lái)說(shuō)，協(xié)議是不同機(jī)器同等層之間的通信約定，而接口是同一機(jī)器相鄰層之間的通信約定。不同的網(wǎng)絡(luò)，分層數(shù)量、各層的名稱和功能以及協(xié)議都各不相同。然而，在所有的網(wǎng)絡(luò)中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務(wù)。協(xié)議分層方法將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信功能劃分為垂直的層次后，在通信過(guò)程中下層將向上層隱蔽其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。層次的劃分應(yīng)首先確定分層數(shù)以及每層應(yīng)完成的任務(wù)，原則上劃分時(shí)應(yīng)按邏輯組合功能，要有足夠的層次，以使每層易于處理，但層次也不能過(guò)多，以免產(chǎn)生難以負(fù)擔(dān)的處理開(kāi)銷。協(xié)議層次化不同于程序設(shè)計(jì)中模塊化的概念。在程序設(shè)計(jì)中，各模塊可以相互獨(dú)立、任意拼裝或者并行，而協(xié)議層次則一定有上下之分，它是依數(shù)據(jù)流的流動(dòng)而產(chǎn)生的。

3．網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中分層模型和各層協(xié)議的集合。網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的描述必須包括足夠的信息，以方便為每一功能層進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)或編寫程序，并使之符合相關(guān)協(xié)議。值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)不屬于網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，因?yàn)樗鼈冸[含在機(jī)器內(nèi)部，對(duì)外部來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的?？傊w系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實(shí)現(xiàn)則是具體的。為了加深對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)概念的理解，暫時(shí)回避OSI/RM和TCP/IP這些具體協(xié)議體系，這里先構(gòu)造一個(gè)原理性的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(如圖1-5所示)，雖然是原理性的(只有5層)，但它綜合了OSI和TCP/IP協(xié)議分層的優(yōu)點(diǎn)，既簡(jiǎn)明又能將概念闡述清楚。各層的主要功能簡(jiǎn)述如下。圖1-5一個(gè)原理性的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1)物理層物理層的任務(wù)就是透明地傳送比特流。在物理層上所傳數(shù)據(jù)的單位是比特，它關(guān)心的問(wèn)題是：使用什么樣的物理信號(hào)來(lái)表示數(shù)據(jù)“0”和“1”；“0”和“1”持續(xù)的時(shí)間多長(zhǎng)；數(shù)據(jù)傳輸是否可同時(shí)在兩個(gè)方向上進(jìn)行；最初的連接如何建立和完成通信后連接如何終止；物理接口(插頭和插座)有多少針以及各針的功能。該層還規(guī)定設(shè)計(jì)物理層接口的機(jī)械、電氣、功能和過(guò)程特性等通信工程領(lǐng)域的一些問(wèn)題。傳遞信息所利用的一些物理介質(zhì)，如雙絞線、同軸電纜、光纜等，不屬于物理層范圍之內(nèi)，而在物理層的下面。

2)數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層的任務(wù)是在兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的線路上無(wú)差錯(cuò)地傳送以幀(Frame)為單位的數(shù)據(jù)。每一幀包括數(shù)據(jù)和必要的控制信息。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，若接收結(jié)點(diǎn)檢測(cè)到所收到的數(shù)據(jù)中有差錯(cuò)，就要通知發(fā)方重發(fā)這一幀，直到這一幀正確無(wú)誤地到達(dá)接收結(jié)點(diǎn)為止。在每一幀所包括的控制信息中，有同步信息、地址信息、差錯(cuò)控制以及流量控制信息等。這樣，數(shù)據(jù)鏈路層就把一條有可能出差錯(cuò)的實(shí)際鏈路轉(zhuǎn)變成為讓網(wǎng)絡(luò)層向下看起來(lái)好像是可靠的一條鏈路。

3)網(wǎng)絡(luò)層在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行通信的兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間可能要經(jīng)過(guò)許多個(gè)結(jié)點(diǎn)和鏈路，也可能還要經(jīng)過(guò)好幾個(gè)不同的通過(guò)路由器互連的通信子網(wǎng)。在網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)的傳送單位是分組(或包)，因此要將發(fā)送方主機(jī)送來(lái)的報(bào)文分割成若干個(gè)分組。網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)就是完成主機(jī)間的報(bào)文傳輸；選擇合適的路由，使發(fā)送方報(bào)文能夠正確無(wú)誤地按照地址找到目的站，并交付給目的站。這就是網(wǎng)絡(luò)層的尋址功能。如果在子網(wǎng)中出現(xiàn)過(guò)多的報(bào)文，子網(wǎng)可能形成擁塞，因此網(wǎng)絡(luò)層還要避免擁塞。在局域網(wǎng)中，由于沒(méi)有路由問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)層是冗余的，因此可以沒(méi)有。

4)傳輸層傳輸層的任務(wù)是根據(jù)下面通信子網(wǎng)的特性最佳地利用網(wǎng)絡(luò)資源，并以可靠和經(jīng)濟(jì)的方式為兩端主機(jī)(也就是源站和目的站)的進(jìn)程之間建立一條傳輸連接，以透明地傳送報(bào)文?；蛘哒f(shuō)，傳輸層為進(jìn)行通信的兩個(gè)進(jìn)程之間提供一個(gè)可靠的端到端的服務(wù)，使它們看不到傳輸層以下的數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)。在通信子網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)交換結(jié)點(diǎn)以及連接各通信子網(wǎng)的路由器中都沒(méi)有傳輸層。傳輸層只能存在于通信子網(wǎng)外面的主機(jī)之中。傳輸層以上的各層就不再關(guān)心信息傳輸?shù)膯?wèn)題了。正因?yàn)槿绱?，傳輸層就成為?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中非常重要的一層。

5)應(yīng)用層應(yīng)用層在體系結(jié)構(gòu)中是最高層。它的任務(wù)是確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要。應(yīng)用層不僅要提供應(yīng)用進(jìn)程所需要的信息交換和遠(yuǎn)地操作，而且還要作為互相作用的應(yīng)用進(jìn)程的用戶代理，來(lái)完成一些為進(jìn)行語(yǔ)義上有意義的信息交換所必需的功能。應(yīng)用層直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。需要注意的是，應(yīng)用層協(xié)議并不是解決用戶各種具體應(yīng)用的協(xié)議。圖1-6說(shuō)明了一個(gè)應(yīng)用進(jìn)程的數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程中所經(jīng)歷的變化。這里為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假定兩個(gè)主機(jī)是直接相連的。圖1-6數(shù)據(jù)在各層之間的傳遞過(guò)程假定計(jì)算機(jī)1的應(yīng)用進(jìn)程AP1向計(jì)算機(jī)2的應(yīng)用過(guò)程AP2傳送數(shù)據(jù)。AP1先將其數(shù)據(jù)交給第5層。第5層加上必要的控制信息H5就變成了下一層的數(shù)據(jù)單元。第4層收到這個(gè)數(shù)據(jù)單元后，加上本層的控制信息H4，再交給第3層，成為第3層的數(shù)據(jù)單元。依次類推。不過(guò)到了第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)后，控制信息分成兩部分，分別加到本層數(shù)據(jù)單元的首部(H2)和尾部(T2)，而第1層(物理層)由于是比特流的傳送，所以不再加控制信息。在OSI參考模型中，在對(duì)等層次上傳送的數(shù)據(jù)，其單位都稱為該層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU，ProtocolDataUnit)。這個(gè)名詞現(xiàn)已被許多非OSI標(biāo)準(zhǔn)采用。當(dāng)這一串比特流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的物理介質(zhì)傳送到目的站時(shí)，就從第1層依次上升到第5層。每一層根據(jù)控制信息進(jìn)行必要的操作，然后將控制信息剝?nèi)?，將該層剩下的?shù)據(jù)單元上交給更高的一層。最后，把應(yīng)用進(jìn)程AP1發(fā)送的數(shù)據(jù)交給目的站的應(yīng)用進(jìn)程AP2?？梢杂靡粋€(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)比喻上述過(guò)程。有一封信從最高層向下傳。每經(jīng)過(guò)一層就包上一個(gè)新的信封。包有多個(gè)信封的信傳送到目的站后，從第1層起，每層拆開(kāi)一個(gè)信封后就交給它的上一層。傳到最高層后，取出發(fā)信人所發(fā)的信交給收信用戶。雖然應(yīng)用進(jìn)程數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)如圖1-6所示的復(fù)雜過(guò)程才能送到對(duì)方的應(yīng)用進(jìn)程，但這些復(fù)雜過(guò)程對(duì)用戶來(lái)說(shuō)，卻都被屏蔽掉了，以致應(yīng)用進(jìn)程AP1覺(jué)得好像是直接把數(shù)據(jù)交給了應(yīng)用進(jìn)程AP2。同理，任何兩個(gè)同樣的層次(例如在兩個(gè)系統(tǒng)的第4層)之間，也好像如同圖中的水平虛線所示的那樣，將數(shù)據(jù)(即數(shù)據(jù)單元加上控制信息)通過(guò)水平虛線直接傳遞給了對(duì)方。這就是所謂的“對(duì)等層”(PeerLayers)之間的通信。我們以前經(jīng)常提到的各層協(xié)議，實(shí)際上就是在各個(gè)對(duì)等層之間傳遞數(shù)據(jù)時(shí)的各項(xiàng)規(guī)定。在文獻(xiàn)中也還可以見(jiàn)到術(shù)語(yǔ)“協(xié)議?！?ProtocolStack)。這是因?yàn)閹讉€(gè)層次畫在一起很像一個(gè)堆棧(Stack)。1.3.2網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與實(shí)體服務(wù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中是一個(gè)極其重要的概念。在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，所謂服務(wù)，就是網(wǎng)絡(luò)中的各層向其相鄰上層提供一組操作，是相鄰兩層之間的界面。由于網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中的單向依賴關(guān)系，使得網(wǎng)絡(luò)中相鄰層之間的界面也是單向的，也就是說(shuō)，下層是服務(wù)提供者，上層是服務(wù)用戶，而服務(wù)的表現(xiàn)是原語(yǔ)，比如庫(kù)函數(shù)或系統(tǒng)調(diào)用。另一方面，在研究網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換時(shí)，用實(shí)體(Entity)來(lái)表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件對(duì)象，每一層至少存在一個(gè)實(shí)體，在不同主機(jī)上同一層內(nèi)的實(shí)體稱為對(duì)等實(shí)體，N層實(shí)體實(shí)現(xiàn)的服務(wù)為N＋1層所利用，而N層則要利用N－1層所提供的服務(wù)。N層實(shí)體可以向N＋1層提供幾類服務(wù)。一定要弄清楚，協(xié)議和服務(wù)是兩個(gè)截然不同的概念。第一，協(xié)議的實(shí)現(xiàn)保證了能夠向上一層提供服務(wù)。本層的服務(wù)用戶只能看見(jiàn)服務(wù)而無(wú)法看見(jiàn)下面的協(xié)議，下面的協(xié)議對(duì)上面的服務(wù)用戶是透明的。第二，協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對(duì)等實(shí)體之間通信的規(guī)則。但服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過(guò)層間接口提供的。還應(yīng)注意到，并非在一個(gè)層內(nèi)完成的全部功能都稱為服務(wù)，只有那些能夠被高一層看得見(jiàn)的功能才能稱之為“服務(wù)”。上層使用下層所提供的服務(wù)必須通過(guò)與下層交換一些命令，這些命令稱為服務(wù)原語(yǔ)。在同一系統(tǒng)中相鄰兩層的實(shí)體進(jìn)行交互(即交換信息)的地方，通常稱為服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SAP，ServiceAccessPoint)。服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)(SAP)是一個(gè)抽象的概念，它實(shí)際上就是一個(gè)邏輯接口，有些像郵政信箱(寫信人和郵局的接口)，但和通常所說(shuō)的兩個(gè)設(shè)備之間的硬件并行接口或串行接口不一樣。OSI將層與層之間交換的數(shù)據(jù)的單位稱為服務(wù)數(shù)據(jù)單元(SDU，ServiceDataUnit)，它可以與PDU不一樣。例如，可以由多個(gè)SDU合成為一個(gè)PDU，也可以將一個(gè)SDU劃分為幾個(gè)PDU。這樣，任何相鄰兩層之間的關(guān)系可概括為如圖1-7所示的那樣。這里要注意的是，某一層向上一層所提供的服務(wù)實(shí)際上已包括了在它以下各層所提供的服務(wù)。所有這些對(duì)上一層來(lái)說(shuō)就相當(dāng)于一個(gè)服務(wù)提供者。在服務(wù)提供者上一層的實(shí)體，也就是“服務(wù)用戶”，它使用服務(wù)提供者所提供的服務(wù)。從通信的角度看，各層向其相鄰的上層所提供的服務(wù)可分為兩大類，即面向連接的服務(wù)(Connection-oriented)和無(wú)連接的服務(wù)(Connectionless)。所謂連接，就是兩個(gè)對(duì)等實(shí)體為進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。面向連接的服務(wù)在數(shù)據(jù)交換之前必須先建立連接。在數(shù)據(jù)交換結(jié)束后，則應(yīng)終止這個(gè)連接。圖1-7相鄰兩層之間的關(guān)系面向連接的服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個(gè)階段。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)是按序傳送的，各數(shù)據(jù)包不需要攜帶目的地址，而使用連接號(hào)。這點(diǎn)和電路交換的許多特性很相似，因此面向連接服務(wù)在傳輸層中又稱為虛電路服務(wù)?！疤摗笔侵鸽m然在兩個(gè)服務(wù)用戶的通信過(guò)程中并沒(méi)有自始至終占用一條端到端的完整物理電路(注意：采用分組交換時(shí)，鏈路是逐段被占用的)，但卻好像一直占用了一條這樣的電路。面向連接的服務(wù)比較適合于在一定期間內(nèi)向同一目的地發(fā)送許多報(bào)文的情況。這種服務(wù)可以看做是電話系統(tǒng)服務(wù)模式的抽象。若兩個(gè)用戶需要經(jīng)常進(jìn)行頻繁的通信，則可以建立永久虛電路。這樣可免除每次通信時(shí)連接建立和連接釋放這兩個(gè)過(guò)程。這點(diǎn)和電話網(wǎng)中的專線通信十分相似。在無(wú)連接服務(wù)的情況下，兩個(gè)實(shí)體之間的通信不需要先建立好一個(gè)連接，因此每個(gè)報(bào)文要帶有完整的目的地址，每個(gè)報(bào)文在系統(tǒng)中獨(dú)立傳送。這種服務(wù)可以看做是郵政系統(tǒng)服務(wù)模式的抽象。在無(wú)連接服務(wù)模式下，不能保證報(bào)文到達(dá)的先后順序，原因是不同的報(bào)文可能經(jīng)不同的路徑到達(dá)目的地，所以先發(fā)的報(bào)文不一定先到。無(wú)連接服務(wù)也不對(duì)出錯(cuò)報(bào)文進(jìn)行恢復(fù)或重傳，不能防止報(bào)文的丟失、重復(fù)或失序。換句話說(shuō)，它不保證報(bào)文傳輸?shù)目煽啃?，因此這種無(wú)連接服務(wù)只適合于傳送少量零星的報(bào)文。1.3.3服務(wù)原語(yǔ)“服務(wù)”在形式上是用一組原語(yǔ)來(lái)描述的，這些原語(yǔ)供用戶和其他實(shí)體訪問(wèn)該服務(wù)，或者向用戶實(shí)體報(bào)告某事件的發(fā)生。服務(wù)原語(yǔ)可以劃分為如表1-1所示的4類。服務(wù)用戶用“請(qǐng)求”原語(yǔ)提出某項(xiàng)服務(wù)請(qǐng)求，如請(qǐng)求建立連接和發(fā)送數(shù)據(jù)。服務(wù)提供者執(zhí)行這一請(qǐng)求后，將用“指示”原語(yǔ)通知接收方的用戶實(shí)體。例如，發(fā)出“連接請(qǐng)求”(CONNECT.request)原語(yǔ)之后，該原語(yǔ)地址段內(nèi)所指向的接收方的對(duì)等實(shí)體會(huì)得到一個(gè)“連接指示”(CONNECT.indication)原語(yǔ)，通知它有人想要與它建立連接。接收到“連接指示”原語(yǔ)的實(shí)體使用“連接響應(yīng)”(CONNECT.response)原語(yǔ)表示它是否愿意接受建立連接的建議。但無(wú)論接收方是否接受該請(qǐng)求，請(qǐng)求建立連接的一方都可以通過(guò)接收“連接確認(rèn)”(CONNECT.confirm)原語(yǔ)而獲知接收方的態(tài)度(事實(shí)上傳輸層及其他層的服務(wù)用戶要拒絕建立連接請(qǐng)求，不是采用CONNECT.response原語(yǔ)，而是采用DISCONNECT.request原語(yǔ))。原語(yǔ)可以帶參數(shù)，而且大多數(shù)原語(yǔ)都帶有參數(shù)?！斑B接請(qǐng)求”原語(yǔ)的參數(shù)可以指明它要與哪臺(tái)機(jī)器連接，需要的服務(wù)類別和擬在該連接上使用的最大報(bào)文長(zhǎng)度?！斑B接指示”原語(yǔ)的參數(shù)可以包含呼叫者的標(biāo)志，指明需要的服務(wù)類別、建議的最大報(bào)文長(zhǎng)度。如果被呼叫的實(shí)體不同意呼叫實(shí)體建立的最大報(bào)文長(zhǎng)度，它可能在“連接響應(yīng)”原語(yǔ)中提出一個(gè)新的建議，呼叫方會(huì)從“連接確認(rèn)”原語(yǔ)中獲知。這一協(xié)商過(guò)程的細(xì)節(jié)屬于協(xié)議的內(nèi)容。例如，在兩個(gè)關(guān)于最大報(bào)文長(zhǎng)度的建議不一致的情況下，協(xié)議可能規(guī)定選擇較小的值。服務(wù)有“有確認(rèn)”和“無(wú)確認(rèn)”之分。有確認(rèn)的服務(wù)包括“請(qǐng)求”、“指示”、“響應(yīng)”和“確認(rèn)”四個(gè)原語(yǔ)。無(wú)確認(rèn)服務(wù)只有“請(qǐng)求”和“指示”兩個(gè)原語(yǔ)。建立連接的服務(wù)總是有確認(rèn)服務(wù)，可用“連接響應(yīng)”作肯定應(yīng)答,表示同意建立連接；或者用“斷連請(qǐng)求”(DISCONNECT.request)表示拒絕，作否定應(yīng)答。數(shù)據(jù)傳送既可以是有確認(rèn)的，也可以是無(wú)確認(rèn)的，這取決于發(fā)送方是否需要確認(rèn)。為了使服務(wù)原語(yǔ)的概念更具體化一些，舉一個(gè)電話系統(tǒng)的例子說(shuō)明面向連接服務(wù)的應(yīng)用，有助于理解這些原語(yǔ)是如何應(yīng)用的。電話系統(tǒng)使用了下述8個(gè)服務(wù)原語(yǔ)。

(1)連接請(qǐng)求：服務(wù)用戶請(qǐng)求建立一個(gè)連接。

(2)連接指示：服務(wù)提供者向被呼叫方示意有人請(qǐng)求建立連接。

(3)連接響應(yīng)：被呼叫方用來(lái)表示接受建立連接的請(qǐng)求。

(4)連接確認(rèn)：服務(wù)提供者通知呼叫方建立連接的請(qǐng)求已被接受。

(5)數(shù)據(jù)請(qǐng)求：請(qǐng)求服務(wù)提供者把數(shù)據(jù)傳給對(duì)方。

(6)數(shù)據(jù)指示：表示數(shù)據(jù)到達(dá)。

(7)斷連請(qǐng)求：請(qǐng)求釋放連接。

(8)斷連指示：釋放連接請(qǐng)求到達(dá)對(duì)等端。在本例中，連接是有確認(rèn)服務(wù)((1)～(4)表明需要有一個(gè)明確的答復(fù))，而斷連是無(wú)確認(rèn)的((7)、(8)表明不需要應(yīng)答)?？疾橐幌翧打電話邀請(qǐng)B到家來(lái)喝茶的步驟：

(1)連接請(qǐng)求：A撥B家的電話號(hào)碼。

(2)連接指示：B家的電話鈴響了。

(3)連接響應(yīng)：B拿起了電話。

(4)連接確認(rèn)：A聽(tīng)到響鈴?fù)Ｖ埂?/p>

(5)數(shù)據(jù)請(qǐng)求：A邀請(qǐng)B來(lái)喝茶。

(6)數(shù)據(jù)指示：B聽(tīng)到了A的邀請(qǐng)。

(7)數(shù)據(jù)請(qǐng)求：B說(shuō)她很高興來(lái)。

(8)數(shù)據(jù)指示：A聽(tīng)到B接受邀請(qǐng)。

(9)斷連請(qǐng)求：A掛斷電話。

(10)斷連指示：B聽(tīng)到了，也掛斷電話。圖1-8表示上面例子使用原語(yǔ)的時(shí)序。由以上例子可知，服務(wù)原語(yǔ)的每一步都涉及其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)兩相鄰層之間的信息交換。每一個(gè)“請(qǐng)求”或“響應(yīng)”稍后都在對(duì)方產(chǎn)生一個(gè)“指示”或“確認(rèn)”動(dòng)作。本例中服務(wù)用戶(A和B)在N＋1層，服務(wù)提供者(電話系統(tǒng))在N層。圖1-8服務(wù)原語(yǔ)的應(yīng)用1.3.4ISO-OSI的體系結(jié)構(gòu)前面一般性地討論了協(xié)議分層和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，下面將具體分析和討論兩個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。自從ARPANET出現(xiàn)后，市場(chǎng)上推出了許多商品化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)都是由各個(gè)公司自行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，在體系結(jié)構(gòu)上存在很大差異，導(dǎo)致它們相互之間不兼容，更難于互連。為此許多標(biāo)準(zhǔn)化組織積極開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化方面的工作，其中最有權(quán)威的就是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出的開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM。它的目標(biāo)是將各種開(kāi)放式系統(tǒng)連接在一起。

OSI參考模型中采用了七個(gè)層次的體系結(jié)構(gòu)，也就是將前面所講的原理性體系結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用層再劃分為三個(gè)層次。這三個(gè)層次從上到下的名稱是：應(yīng)用層、表示層和會(huì)話層。會(huì)話層不參與具體的數(shù)據(jù)傳輸，但它卻對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行管理。它在兩個(gè)互相通信的進(jìn)程之間建立、組織和協(xié)調(diào)其交互，例如確定是雙工工作(每一方同時(shí)發(fā)送和接收)還是半雙工工作(每一方交替發(fā)送和接收)。表示層主要解決用戶信息的語(yǔ)法表示。表示層將欲交換的數(shù)據(jù)從適合于某一用戶的抽象語(yǔ)法(AbstractSyntax)變換為適合于OSI系統(tǒng)內(nèi)部使用的傳送語(yǔ)法(TransferSyntax)。應(yīng)用層對(duì)應(yīng)用進(jìn)程進(jìn)行了抽象，它只保留應(yīng)用進(jìn)程中與進(jìn)程間交互有關(guān)的那些部分。經(jīng)過(guò)抽象后的應(yīng)用進(jìn)程就成為OSI應(yīng)用層中的應(yīng)用實(shí)體。OSI的應(yīng)用層并不是要把各種應(yīng)用進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，而僅僅對(duì)一些應(yīng)用進(jìn)程經(jīng)常使用的功能以及實(shí)現(xiàn)這些功能所要使用的協(xié)議進(jìn)行描述。1.3.5TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)

TCP/IP最初是為ARPANET開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)主要由兩個(gè)重要協(xié)議，即TCP協(xié)議和IP協(xié)議而得名。實(shí)際上，TCP/IP體系包含了大量的協(xié)議和應(yīng)用，它是由大量協(xié)議組成的集合，簡(jiǎn)稱為TCP/IP協(xié)議集。雖然TCP/IP不是ISO倡導(dǎo)的標(biāo)準(zhǔn)，但它有廣泛的商業(yè)應(yīng)用，因此TCP/IP是一種事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。由于Internet已經(jīng)得到了全世界的承認(rèn)，因而Internet所使用的TCP/IP體系在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中就占有特殊的重要地位。

TCP/IP協(xié)議體系分為四個(gè)層次(如圖1-9所示)。由于TCP/IP協(xié)議集中沒(méi)有考慮具體的物理傳輸介質(zhì)，因此在TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層和物理層做出規(guī)定，而只是將最低的一層取名為網(wǎng)絡(luò)接口層，規(guī)定了與物理網(wǎng)絡(luò)的接口。這樣，如果不考慮網(wǎng)絡(luò)接口層，那么TCP/IP體系實(shí)際上就只有三個(gè)層次：應(yīng)用層、傳輸控制層和網(wǎng)絡(luò)互連層。

TCP/IP的最高層是應(yīng)用層。在這層中有許多著名協(xié)議，如遠(yuǎn)程登錄協(xié)議TELNET、文件傳送協(xié)議FTP、簡(jiǎn)單郵件傳送協(xié)議SMTP等。再往下的一層是TCP/IP的傳輸控制層，也叫做主機(jī)到主機(jī)層。這一層可使用兩種不同的協(xié)議：一種是面向連接的傳輸控制協(xié)議(TCP，TransmissionControlProtocol)，另一種是無(wú)連接的用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP，UserDataProtocol)。傳輸層傳送的數(shù)據(jù)單位是報(bào)文(Message)或數(shù)據(jù)流(Stream)。報(bào)文也常稱為報(bào)文段(Segment)。傳輸層下面是TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)互連層，其主要的協(xié)議就是無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議(IP，InternetProtocol)。該層傳送的數(shù)據(jù)單位是分組(Packet)。與IP協(xié)議配合使用的還有三個(gè)協(xié)議，那就是Internet控制報(bào)文協(xié)議(ICMP，InternetControlMessageProtocol)、地址解析協(xié)議(ARP，AddressResolutionProtocol)和逆地址解析協(xié)議(RARP，ReverseAddressResolutionProtocol)。有關(guān)TCP/IP的詳細(xì)內(nèi)容在第8章做介紹。圖1-9給出了TCP/IP與OSI這兩種體系結(jié)構(gòu)的對(duì)比。值得注意的是，在一些問(wèn)題的處理上，TCP/IP與OSI有很大不同。圖1-9TCP/IP與ISO-OSI體系結(jié)構(gòu)的對(duì)比

(1)?TCP/IP一開(kāi)始就考慮到多種異構(gòu)網(wǎng)的互連問(wèn)題，并將網(wǎng)際協(xié)議IP作為TCP/IP的重要組成部分。但I(xiàn)SO和CCITT最初只考慮到使用一種標(biāo)準(zhǔn)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)將各種不同的系統(tǒng)互連在一起。后來(lái)，ISO認(rèn)識(shí)到了網(wǎng)際協(xié)議IP的重要性，然而已經(jīng)來(lái)不及了，只好在網(wǎng)絡(luò)層中劃分出一個(gè)子層來(lái)完成類似TCP/IP中IP的作用。

(2)?TCP/IP一開(kāi)始就對(duì)面向連接服務(wù)和無(wú)連接服務(wù)并重，而OSI在開(kāi)始時(shí)只強(qiáng)調(diào)面向連接服務(wù)，一直到很晚OSI才開(kāi)始制定無(wú)連接服務(wù)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)連接服務(wù)的數(shù)據(jù)報(bào)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳送以及分組話音通信(即在分組交換網(wǎng)里傳送話音信息)都是十分方便的。

(3)?TCP/IP有較好的網(wǎng)絡(luò)管理功能，而OSI到后來(lái)才開(kāi)始考慮這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)然，TCP/IP也有不足之處。例如，TCP/IP的模型對(duì)“服務(wù)”、“協(xié)議”和“接口”等概念并沒(méi)有很清楚地區(qū)分開(kāi)。因此在使用一些新的技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，采用這種模型就可能會(huì)遇到一些麻煩。另外，TCP/IP模型的通用性較差，很難用它來(lái)描述其他種類的協(xié)議棧。還有，TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)接口層嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)層次而僅僅是一個(gè)接口，而其下根本沒(méi)有數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，但實(shí)際上這兩個(gè)層還是很重要的。最后要說(shuō)一下，雖然OSI在一開(kāi)始是由ISO來(lái)制定的，但后來(lái)的許多標(biāo)準(zhǔn)都是ISO與原來(lái)的國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT聯(lián)合制定的。從歷史上來(lái)看，CCITT原來(lái)從通信的角度考慮一些標(biāo)準(zhǔn)的制定，而ISO則關(guān)心信息的處理。但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信與信息處理的界限變得比較模糊了。于是，通信與信息處理就都成為CCITT與ISO所共同關(guān)心的領(lǐng)域。CCITT的建議書X.200就是關(guān)于開(kāi)放系統(tǒng)互連參考模型的，它和上面提到的ISO7498基本上是相同的。1.4計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組成1.4.1通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)從概念上講，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)兩部分構(gòu)成。通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信，也就是信息的傳輸。通信子網(wǎng)覆蓋的地理范圍可能只是很小的局部區(qū)域，甚至就在一幢大樓內(nèi)或一間房間內(nèi)；也可能是遠(yuǎn)程的，甚至跨越國(guó)界，直至洲際或全球。通信子網(wǎng)中除了包括傳輸信息的物理介質(zhì)外，還包括中繼器(Repeater)、交換機(jī)(Switch)、路由器(Router)等各種通信設(shè)備。信息在通信子網(wǎng)中的傳輸方式可以從源出發(fā)經(jīng)過(guò)若干中間設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)或交換才最終到達(dá)目的地。通過(guò)通信子網(wǎng)互連在一起的計(jì)算機(jī)則負(fù)責(zé)運(yùn)行對(duì)信息進(jìn)行處理的應(yīng)用程序，它們是網(wǎng)絡(luò)中信息流動(dòng)的源與宿，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供可共享的硬件、軟件和信息資源，構(gòu)成資源子網(wǎng)。將網(wǎng)絡(luò)中純粹負(fù)責(zé)通信任務(wù)的子網(wǎng)與應(yīng)用部分的計(jì)算機(jī)工作站點(diǎn)分離開(kāi)來(lái)，就可對(duì)這兩部分進(jìn)行單獨(dú)規(guī)劃和管理，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行簡(jiǎn)化。在近程的局部范圍內(nèi)，一個(gè)單位可同時(shí)擁有通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)，但是在遠(yuǎn)程廣域范圍內(nèi)則通常是另一種情況。比如說(shuō)，通信子網(wǎng)可以由政府部門或電信經(jīng)營(yíng)公司擁有并向社會(huì)公眾開(kāi)放服務(wù)，如同電話交換網(wǎng)那樣。擁有計(jì)算機(jī)工作站點(diǎn)資源的單位希望連網(wǎng)的話，只要遵循通信子網(wǎng)所要求的接口標(biāo)準(zhǔn)，提出申請(qǐng)并付一定的費(fèi)用，都可以接入該通信子網(wǎng)，利用其提供的服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)特定資源子網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信任務(wù)，這類通信子網(wǎng)稱為公用網(wǎng)。公用網(wǎng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字化的數(shù)據(jù)，為了與電話交換網(wǎng)這類傳輸如聲音數(shù)據(jù)的模擬網(wǎng)區(qū)分，有時(shí)也將其稱為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)(PDN，PublicDataNetwork)。1.4.2因特網(wǎng)(Internet)目前世界范圍內(nèi)廣泛使用的一個(gè)最大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng)(Internet)。Internet并不是一個(gè)單一的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而是由許多網(wǎng)絡(luò)互連在一起的一個(gè)網(wǎng)際網(wǎng)。Internet的運(yùn)行和使用為全球信息基礎(chǔ)設(shè)施(即全球信息高速公路)的建立奠定了基礎(chǔ)。許多計(jì)算機(jī)正是通過(guò)因特網(wǎng)而和全球范圍內(nèi)的其他計(jì)算機(jī)互連的。在美國(guó)政府宣布其國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施(NII，NationalInformationInfrastructure，俗稱信息高速公路)計(jì)劃后，又有人提出全球信息高速公路計(jì)劃，1995年召開(kāi)的Internet年會(huì)的主題就是向全球信息高速公路進(jìn)軍。要更確切地了解Internet究竟是什么，最好先回顧一下該網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史。

Internet的起源可追溯到其前身ARPANET，它是美國(guó)1969年為支持國(guó)防研究項(xiàng)目而建立的一個(gè)試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)將美國(guó)許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)從事國(guó)防研究的計(jì)算機(jī)連接到一起，是一個(gè)廣域網(wǎng)。20世紀(jì)70年代末，隨著大規(guī)模集成電路(LSI)技術(shù)的發(fā)展，大量小型和微型計(jì)算機(jī)涌現(xiàn)，許多局域網(wǎng)(LAN)技術(shù)開(kāi)始發(fā)展，比主機(jī)多得多的小型和微型計(jì)算機(jī)在小范圍內(nèi)通過(guò)LAN互連，并產(chǎn)生了遠(yuǎn)程相互通信的需要。此時(shí)，ARPANET開(kāi)始了一個(gè)稱為Internet的研究計(jì)劃，主要研究如何將各種LAN和廣域網(wǎng)(WAN)互連起來(lái)。參加該項(xiàng)目的研究人員都有一臺(tái)連接到Internet上的計(jì)算機(jī)，通過(guò)ARPANET相互通信而共同進(jìn)行研究。該項(xiàng)目的一個(gè)非常重要的成果就是稱為網(wǎng)際協(xié)議IP和傳輸控制協(xié)議TCP的兩個(gè)使不同的計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)可以相互通信的約定，即協(xié)議。這兩個(gè)協(xié)議和過(guò)去某些計(jì)算機(jī)公司自己開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)的協(xié)議不同點(diǎn)在于它是完全開(kāi)放的，其所有的技術(shù)和規(guī)范都是公開(kāi)的，任何公司都可以利用其來(lái)開(kāi)發(fā)兼容的產(chǎn)品。以這兩個(gè)協(xié)議為核心，以ARPANET為主干網(wǎng)開(kāi)始將許多不同的網(wǎng)絡(luò)互連在一起，就構(gòu)成了Internet的原型，并對(duì)TCP/IP協(xié)議及技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。到1983年，Internet已開(kāi)始從一個(gè)試驗(yàn)型的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成一個(gè)實(shí)用型的網(wǎng)絡(luò)，其主干仍為ARPANET，其協(xié)議則以TCP/IP為核心。在Internet發(fā)展過(guò)程中，另一個(gè)值得一提的是NSFNET。NSFNET是在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金(NSF，NationalScienceFoundation)資助下建立的一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，最初用來(lái)連接全美的五個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)中心，該網(wǎng)絡(luò)也使用TCP/IP協(xié)議，并和Internet相連，這樣使得在美國(guó)100多所大學(xué)的科研人員都可以通過(guò)NSFNET來(lái)使用超級(jí)計(jì)算機(jī)中心的資源分析其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。NSFNET也是一個(gè)廣域網(wǎng)，其能力不斷加強(qiáng)，到1988年已取代原有的ARPANET而成為Internet的主干網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)由長(zhǎng)途電話公司MCI提供長(zhǎng)途傳輸線路，計(jì)算機(jī)制造商IBM公司提供廣域網(wǎng)中的專用計(jì)算機(jī)和軟件，而由密執(zhí)安州的一個(gè)組織MERIT來(lái)管理。

由NSF資助建立的該網(wǎng)絡(luò)是向全社會(huì)(當(dāng)時(shí)主要還是學(xué)校和科研機(jī)構(gòu))開(kāi)放的，成為全國(guó)性的學(xué)術(shù)研究和教育網(wǎng)絡(luò)，并得到了迅速發(fā)展。當(dāng)網(wǎng)上的流量接近線路的實(shí)際負(fù)載時(shí)，NSF批準(zhǔn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行輕微的重組，將每條干線的傳輸速率提高了三倍，達(dá)到1.544Mb/s，即1.544兆比特每秒，這也就是有些資料上常說(shuō)的T1或者DS1的數(shù)據(jù)速率。1990年，在歷史上起過(guò)重要作用的ARPANET正式宣布關(guān)閉。

Internet發(fā)展太快了，到1991年底，NSFNET主干網(wǎng)也達(dá)到其極限。同時(shí)，NSF意識(shí)到單靠美國(guó)政府已很難擔(dān)負(fù)整個(gè)Internet的費(fèi)用，因而開(kāi)始要求私人公司來(lái)承擔(dān)某些責(zé)任。1.4.3常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)適配器：又稱網(wǎng)絡(luò)接口控制器、網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC，NetworkInterfaceCard)，通常簡(jiǎn)稱為網(wǎng)卡，它插在計(jì)算機(jī)的總線上，外面通過(guò)傳輸介質(zhì)(如雙絞線、同軸電纜和光纖等)將計(jì)算機(jī)連接到其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。網(wǎng)絡(luò)適配器中一般只實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能。網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器：是網(wǎng)絡(luò)適配器和傳輸介質(zhì)間的接口設(shè)備，它提供信號(hào)電平轉(zhuǎn)換和信號(hào)地的隔離。網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備：是網(wǎng)絡(luò)中不同傳輸介質(zhì)間的轉(zhuǎn)換設(shè)備，如雙絞線和光纖、單模光纖和多模光纖間的轉(zhuǎn)換。多路復(fù)用器：是終端控制器的一種，用于提高通信信道的利用率。中繼器：通過(guò)將整形放大接收到的電信號(hào)再傳遞出去，延伸傳輸介質(zhì)的距離，如以太網(wǎng)中繼器就可用來(lái)連接不同的以太網(wǎng)段(每個(gè)網(wǎng)段有最大距離的限制)，以構(gòu)成一個(gè)以太網(wǎng)，有時(shí)也譯為轉(zhuǎn)發(fā)器。集線器：英文為HUB，可以看成是多端口中繼器(一般的中繼器是雙端口的)。網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)轉(zhuǎn)換設(shè)備、多路復(fù)用器和中繼器都是工作在物理層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。網(wǎng)橋：是工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，可將兩個(gè)局域網(wǎng)互連成一個(gè)邏輯上的局域網(wǎng)。交換機(jī)：早期的交換機(jī)實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一個(gè)多端口網(wǎng)橋，可更明確地稱之為幀交換機(jī)。路由器：是工作在網(wǎng)絡(luò)層的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的互連設(shè)備，它可在網(wǎng)絡(luò)間提供路徑選擇功能。網(wǎng)關(guān)：可以看成是多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間互連設(shè)備的統(tǒng)稱，但一般專指在傳輸層以上實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備，又稱應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)。1.5.1局域網(wǎng)局域網(wǎng)(LAN，LocalAreaNetwork)是指范圍在幾百米到十幾千米內(nèi)的辦公樓群或校園內(nèi)的計(jì)算機(jī)相互連接所構(gòu)成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于連接校園、工廠以及機(jī)關(guān)的個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站，以利于個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站之間共享資源(如打印機(jī))和數(shù)據(jù)通信。局域網(wǎng)區(qū)別于其他網(wǎng)絡(luò)主要體現(xiàn)在下面三個(gè)方面：網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的物理范圍；網(wǎng)絡(luò)所使用的傳輸技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

局域網(wǎng)中經(jīng)常使用共享信道，即所有的機(jī)器都接在同一條電線上。傳統(tǒng)局域網(wǎng)具有高數(shù)據(jù)傳輸率(10Mb/s或100Mb/s)、低延遲和低誤碼率的特點(diǎn)。新型局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)千兆位每秒甚至更高。局域網(wǎng)有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常用的有總線型、星型和環(huán)型等(如圖1-10所示)。圖1-10局域網(wǎng)常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.5.2城域網(wǎng)城域網(wǎng)(MAN，MetroPolitanAreaNetwork)所采用的技術(shù)基本上與局域網(wǎng)相類似，只是規(guī)模上要大一些。城域網(wǎng)既可以覆蓋相距不遠(yuǎn)的幾棟辦公樓，也可以覆蓋一個(gè)城市，既可以是專用網(wǎng)，也可以是公用網(wǎng)。城域網(wǎng)既可以支持?jǐn)?shù)據(jù)和話音傳輸，也可以與有線電視相連。

將城域網(wǎng)作為一種網(wǎng)絡(luò)類型的主要原因是其有標(biāo)準(zhǔn)并已推行，該標(biāo)準(zhǔn)的名稱為分布式隊(duì)列雙總線(DQDB，DistributedQueueDualBus)，它現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，編號(hào)為IEEE802.6。DQDB的工作范圍一般是160km，數(shù)據(jù)傳輸率為44.736Mb/s。

DQDB采用兩條平行的單向總線(如圖1-11所示)，這兩條平行的單向總線貫穿于整個(gè)城市，每個(gè)站點(diǎn)都同時(shí)與這兩條總線相連。其中每條總線都有一個(gè)端接點(diǎn)，各自產(chǎn)生一個(gè)53字節(jié)的信元流。每個(gè)信元都從端接點(diǎn)沿著總線往下傳，當(dāng)它到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，就從總線中消失。圖1-11DQDB城域網(wǎng)示意圖每個(gè)信元帶有44字節(jié)的有效載荷，而且每個(gè)信元中帶有兩個(gè)標(biāo)志位：“忙”(Busy)位和“請(qǐng)求”(Request)位。當(dāng)“忙”標(biāo)志位為1時(shí)，表示該信元已被占用；當(dāng)某站點(diǎn)想發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，將信元的“請(qǐng)求”標(biāo)志位設(shè)置為1。每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)送信元之前必須知道目的站點(diǎn)是位于其左方還是右方。如果目的站點(diǎn)位于它的右方，發(fā)送站點(diǎn)使用總線A，否則使用總線B。在DQDB中，每個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)是通過(guò)“線或”電路輸入到相應(yīng)的總線中的，因此某個(gè)站點(diǎn)的失效不會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。在IEEE802.6標(biāo)準(zhǔn)中，站點(diǎn)按照先進(jìn)先出的原則進(jìn)行排隊(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)。發(fā)送站點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)必須等到其下方的站點(diǎn)發(fā)送完后才能發(fā)送。這樣做的目的是為了防止離端接點(diǎn)最近的站點(diǎn)將經(jīng)過(guò)它的所有空閑信元全部捕獲并填入內(nèi)容，致使其他站點(diǎn)被拋棄。1.5.3廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)(WAN，WideAreaNetwork)通常跨接很大的物理范圍，如一個(gè)行業(yè)、一個(gè)國(guó)家。廣域網(wǎng)包含很多用來(lái)運(yùn)行用戶應(yīng)用程序的機(jī)器集合，通常把這些機(jī)器叫做主機(jī)(Host)。把這些主機(jī)連接在一起的是通信子網(wǎng)(CommunicationSubnet)，通信子網(wǎng)的作用是在主機(jī)之間傳送報(bào)文。廣域網(wǎng)通常將網(wǎng)絡(luò)中的純通信部分的子網(wǎng)與應(yīng)