第8章網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

8.1網(wǎng)絡(luò)的基本概念8.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8.3OSI模型8.4TCP/IP協(xié)議概述

習(xí)題

8.1網(wǎng)絡(luò)的基本概念

8.1.1網(wǎng)絡(luò)的起源與發(fā)展 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展過(guò)程，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念也隨著技術(shù)的發(fā)展在變化。現(xiàn)在所講的網(wǎng)絡(luò)與最初的網(wǎng)絡(luò)概念已發(fā)生了很大的變化。

1946年，第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC在美國(guó)的賓西法尼亞大學(xué)問(wèn)世時(shí)，計(jì)算機(jī)的主要任務(wù)就是進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。那時(shí)，電子計(jì)算機(jī)的數(shù)量非常少，而且價(jià)格昂貴。用戶只能前往機(jī)房使用計(jì)算機(jī)，十分不方便。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了以一臺(tái)計(jì)算機(jī)(稱為主機(jī))為中心，通過(guò)通信線路連接若干終端構(gòu)成的系統(tǒng)，用戶通過(guò)終端共享使用主機(jī)，見(jiàn)圖8-1(a)。

為了解決這些問(wèn)題，出現(xiàn)了圖8-1(b)所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在主計(jì)算機(jī)之前增加了一臺(tái)功能簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)，專門(mén)用于處理終端的通信信息和控制通信線路，并能對(duì)用戶的作業(yè)進(jìn)行某些預(yù)處理操作，這臺(tái)計(jì)算機(jī)稱為通信控制處理機(jī)。圖8-1面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)圖8-2是這種網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。 ARPANET的成功建立使計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生了巨大的變化。在基于分組交換的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，IMP、TIP以及通信鏈路構(gòu)成了分組交換網(wǎng)的通信子網(wǎng)。 除了ARPNET，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家還開(kāi)始建造公用分組交換網(wǎng)。典型的公用分組交換網(wǎng)絡(luò)有美國(guó)的TELENET、加拿大的DATAPAC、法國(guó)的TRANSPAC、英國(guó)的PSS、日本的DDX等。公用分組交換網(wǎng)的組建為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了良好的外部通信條件。

與此同時(shí)，一些大的計(jì)算機(jī)公司紛紛開(kāi)展了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作，各種網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)間互連的要求。 目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正處于一個(gè)新的階段，它的特點(diǎn)是：互連、高速、智能與更為廣泛的應(yīng)用。 在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的同時(shí)，高速網(wǎng)與智能網(wǎng)的發(fā)展也引起人們?cè)絹?lái)越多的注意。高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)在寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)B-ISDN、幀中繼、異步傳輸模式ATM、高速局域網(wǎng)、交換局域網(wǎng)與虛擬網(wǎng)絡(luò)上。 8.1.2網(wǎng)絡(luò)的概念 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)目前廣泛認(rèn)同的定義是：一些互相連接的、自治的計(jì)算機(jī)的集合。按照這種定義，早期面向終端的網(wǎng)絡(luò)不能算是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，而只能稱為聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。 從該定義可以看出，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)有三個(gè)主要的組成部分：

(1)若干主機(jī)，向用戶提供服務(wù)；

(2)一個(gè)通信子網(wǎng)，由一些專用的通信處理機(jī)和連接這些結(jié)點(diǎn)的通信鏈路組成；

(3)一系列協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)上結(jié)點(diǎn)之間交換信息遵守的某些約定和規(guī)則。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能一般有：

(1)數(shù)據(jù)通信：實(shí)現(xiàn)不同部門(mén)、不同單位，甚至不同省份，不同國(guó)家的計(jì)算機(jī)之間的通信，互相傳送數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息交換。

(2)資源共享：在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，用戶可以共享軟件、硬件、數(shù)據(jù)等資源，而不必考慮用戶及資源所在的地理位置。

(3)實(shí)現(xiàn)分布式的信息處理：可以借助于分散在網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)計(jì)算機(jī)協(xié)同工作，處理大型信息問(wèn)題，使單機(jī)由于資源的限制而不能處理的任務(wù)得以完成。

(4)提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性和可用性：網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)可以互為備份，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的部分計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其任務(wù)則可以由網(wǎng)絡(luò)中其它計(jì)算機(jī)取代。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某些計(jì)算機(jī)負(fù)荷過(guò)重時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可將新任務(wù)分配給輕載的計(jì)算機(jī)完成，提高每一臺(tái)計(jì)算機(jī)的利用率。 8.1.3網(wǎng)絡(luò)的分類 可以從不同的角度對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類，目前常用的幾種分類方式有：

(1)按交換方式可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為電路交換網(wǎng)絡(luò)、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)、分組交換網(wǎng)絡(luò)和混合交換網(wǎng)絡(luò)。

(2)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為星型網(wǎng)絡(luò)、樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。有關(guān)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的概念將在8.2節(jié)介紹。

(3)按照網(wǎng)絡(luò)上結(jié)點(diǎn)分布的地理范圍分類，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng)。 8.1.4網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)

1．網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有許多互相連接的結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間要有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都必須遵守一些事先約定好的規(guī)則，這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及相關(guān)的同步問(wèn)題。這些為進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定就稱為網(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：

(1)語(yǔ)法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式；

(2)語(yǔ)義，即需要發(fā)出何種控制信息、完成何種協(xié)議以及做出何種應(yīng)答；

(3)同步，即事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說(shuō)明。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不可缺少的部分。為減少協(xié)議實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都是按層(Layer)或級(jí)(Level)的方式來(lái)組織的，每一層都建立在它的下層之上。不同的網(wǎng)絡(luò)，其層的數(shù)量、各層的名字、內(nèi)容和功能不盡相同。然而，所有網(wǎng)絡(luò)的低層都是向它的上一層提供一定的服務(wù)，而屏蔽服務(wù)的細(xì)節(jié)。圖8-3是協(xié)議分層結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8-3層、協(xié)議和接口 2．網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu) 很多公司也紛紛建立了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這些體系結(jié)構(gòu)大同小異，都采用了層次技術(shù)，但各有其特點(diǎn)以適合本公司生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)組成網(wǎng)絡(luò)，這些體系結(jié)構(gòu)也有其特殊的名稱，具體介紹如下：

DNA(DigitalNetworkArchitecture)——Digital公司；

BNA(BurroughtsNetworkArchitecture)——寶來(lái)機(jī)器公司；

DSA(DistributeSystemsArchitecture)——Honeywell公司。 這些體系機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)大大加快了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。8.2網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 8.2.1星型網(wǎng)絡(luò) 在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，所有的結(jié)點(diǎn)通過(guò)傳輸介質(zhì)與中央結(jié)點(diǎn)相連，如圖8-4所示。圖8-4星型拓?fù)涫疽鈭D

星型網(wǎng)絡(luò)中央結(jié)點(diǎn)常見(jiàn)的工作方式有兩種：一種方式是當(dāng)中央結(jié)點(diǎn)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)接收到信息后，向所有的其它結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，這是廣播式的星型網(wǎng)絡(luò)；另一種方式是交換式星型網(wǎng)絡(luò)，中央結(jié)點(diǎn)只向目的地址指定的結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展，在將新的結(jié)點(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，不會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)其余部分的正常工作。 星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)故障易于診斷，由于所有結(jié)點(diǎn)都與中心結(jié)點(diǎn)相連，某個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，一般不會(huì)影響到其它的結(jié)點(diǎn)。不過(guò)如果中央結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障，則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)均不能正常工作。 星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中央結(jié)點(diǎn)的功能比較復(fù)雜，負(fù)荷很重。 8.2.2總線型網(wǎng)絡(luò) 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常用于小型的局域網(wǎng)，將各種設(shè)備與一根總線相連，網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)站都通過(guò)總線進(jìn)行信息的傳輸，如圖8-5所示。圖8-5總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

總線網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)點(diǎn)有：

(1)在小型網(wǎng)絡(luò)中總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，易于安裝使用；

(2)費(fèi)用低，一般連接地理上比較靠近的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)，電纜長(zhǎng)度小，易于鋪設(shè); (3)易于擴(kuò)展，可以很容易地把新的結(jié)點(diǎn)加入到已有的網(wǎng)絡(luò)總線上，也易于通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)備把兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)段連接到一起。 但總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)也有它的缺點(diǎn)，具體如下：

(1)網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)流量的增大會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的性能下降；

(2)總線網(wǎng)絡(luò)的故障查找很難，總線上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，常常會(huì)引起整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不能正常工作。因?yàn)樗薪Y(jié)點(diǎn)處于相同的地位，這使故障的查找變得相當(dāng)困難。 8.2.3樹(shù)型網(wǎng)絡(luò) 樹(shù)型結(jié)構(gòu)是總線型結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它是在總線網(wǎng)上加上分支形成的，其傳輸介質(zhì)可有多條分支，但不形成閉合回路。樹(shù)型網(wǎng)是一種分層網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)可以對(duì)稱，聯(lián)系固定，具有一定的容錯(cuò)能力，一般一個(gè)分支和結(jié)點(diǎn)的故障不影響另一分支結(jié)點(diǎn)的工作，任何一個(gè)結(jié)點(diǎn)送出的信息都可以傳遍整個(gè)傳輸介質(zhì)，也屬于廣播式網(wǎng)絡(luò)。一般樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)上的鏈路相對(duì)具有一定的專用性，無(wú)需對(duì)原網(wǎng)做任何改動(dòng)就可以擴(kuò)充工作站。

8.2.4環(huán)型網(wǎng)絡(luò) 在環(huán)型結(jié)構(gòu)中，所有的結(jié)點(diǎn)均與下一個(gè)結(jié)點(diǎn)連接，最后一個(gè)結(jié)點(diǎn)與第一個(gè)結(jié)點(diǎn)連接，構(gòu)成一個(gè)閉合的環(huán)路，如圖8-6所示。圖8-6環(huán)型拓?fù)涫疽鈭D 8.2.5網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)也稱為分布式網(wǎng)絡(luò)，它是由分布在不同地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連而成，網(wǎng)絡(luò)無(wú)中心結(jié)點(diǎn)，如圖8-7所示。圖8-7網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)8.3OSI模型

現(xiàn)對(duì)各層作以下介紹：

1)物理層 物理層是OSI模型的第一層，它雖然處于最底層，卻是整個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供了可靠的環(huán)境。

2)數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路可以粗略地理解為數(shù)據(jù)通道。鏈路層的主要功能有： ①鏈路連接的建立，拆除，分離。 ②幀定界和幀同步。鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸單元是幀，協(xié)議不同，幀的長(zhǎng)短和界面也有差別，但無(wú)論如何必須對(duì)幀進(jìn)行定界。 ③順序控制，指對(duì)幀的收發(fā)順序的控制。 ④差錯(cuò)檢測(cè)和恢復(fù)，還有鏈路標(biāo)識(shí)，流量控制等等。 3)網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層建立網(wǎng)絡(luò)連接為上層提供服務(wù)，主要功能有：路由選擇和中繼，為通信雙方數(shù)據(jù)傳輸選擇合適的傳輸路徑；激活、終止網(wǎng)絡(luò)連接；差錯(cuò)檢測(cè)與恢復(fù)；流量控制等。

4)傳輸層 傳輸層也稱為運(yùn)輸層，它是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)第一個(gè)端到端的層。傳輸層對(duì)上層屏蔽了網(wǎng)絡(luò)連接的細(xì)節(jié)，對(duì)上層應(yīng)用來(lái)講，通信雙方就好像是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。

5)會(huì)話層 會(huì)話層提供的服務(wù)為應(yīng)用建立和維持會(huì)話，并能使會(huì)話獲得同步。會(huì)話層使用校驗(yàn)點(diǎn)可使通信會(huì)話在通信失效時(shí)從校驗(yàn)點(diǎn)繼續(xù)恢復(fù)通信。這種能力對(duì)于傳送大的文件極為重要。會(huì)話層的主要功能是對(duì)話管理，數(shù)據(jù)流同步和重新同步。

6)表示層 表示層的作用之一是為異種機(jī)之間通信提供一種公共語(yǔ)言，以便它們能進(jìn)行相互操作。

7)應(yīng)用層 應(yīng)用層是開(kāi)放系統(tǒng)的最高層，直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)。其作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程相互通信的同時(shí)，完成一系列業(yè)務(wù)處理所需的服務(wù)。8.4TCP/IP協(xié)議概述

TCP/IP是20世紀(jì)70年代中期美國(guó)國(guó)防部為其研究性網(wǎng)絡(luò)ARPANET開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。ARPNET最初是通過(guò)租用的電話線將美國(guó)的幾百所大學(xué)和研究所連接起來(lái)。 與OSI參考模型不同，TCP/IP模型更側(cè)重于互聯(lián)設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送，而不是嚴(yán)格的功能層次劃分。 圖8-9是OSI參考模型和TCP/IP參考模型的比較。

TCP/IP模型各層所使用的協(xié)議如圖8-10所示。圖8-9OSI參考模型和TCP/IP參考模型的比較圖8-10TCP/IP模型各層所使用的協(xié)議 TCP/IP在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到要與具體的物理傳輸媒體無(wú)關(guān)，并沒(méi)有對(duì)OSI參考模型中的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層做出規(guī)定，只是定義了網(wǎng)絡(luò)接口。這使得TCP/IP協(xié)議可以運(yùn)行在各種硬件設(shè)備上。網(wǎng)絡(luò)接口有兩種類型，第一種是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接口；第二種是含自身數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議的復(fù)雜子系統(tǒng)，如X.25中的網(wǎng)絡(luò)接口。 互聯(lián)網(wǎng)層在功能上非常類似于OSI參考模型中的網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)相鄰結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳送，處理網(wǎng)絡(luò)的路由選擇、流量控制和擁塞控制等問(wèn)題。 TCP/IP參考模型中傳輸層的作用與OSI參考模型中傳輸層的作用是一樣的，即在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)的兩個(gè)進(jìn)程實(shí)體之間提供可靠的端到端的數(shù)據(jù)傳輸。TCP/IP模型提供了兩個(gè)傳輸層協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP和用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP。 傳輸層的上一層是應(yīng)用層，應(yīng)用層包括所有的高層協(xié)議。習(xí)題

1.簡(jiǎn)述以主機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。2.ARPANET采用何種技術(shù)，簡(jiǎn)述其工作原理。3.簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程。4.什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)？它由哪幾部分組成？5