# 第一章 计算机网络基础 ## 1.1 计算机网络的基本概念 　　计算机网络的发展与计算机技术和通信技术的发展紧密相关。计算机技术发展后，相互通信及资源共享的需求催生了计算机网络。 ### 1.1.1什么是计算机网络 　　计算机网络的定义没有一个标准答案。较通用的定义是：利用**通信线路**将地理位置不同、具有独立功能的计算机系统和通信设备连接起来，以网络软件及协议实现**资源共享**和**信息传递**的系统。 　　可以看出，计算机网络建立在通信网络基础之上，以资源共享和信息交换为目的。 　　利用计算机网络，我们可以实现打印机等硬件的共享使用；可以浏览网络中共享的文档、视频等资源；可以实现远程实时通信，进行文字、音频、视频交流等。 　　 ## 1.1.2 计算机网络的发展 　　计算机网络的发展非常迅速，遍布各个领域，已 在人们的生活、工作中普及，成为与日常生活中的水、电一样的必须品。特别是因特网（Internet）的发展极大的改变了人们的生活，推动了社会、经济的发展。 　　1946年世界上第一台电子计算ENIAC问世后的十多年时间内，由于价格很昂贵，电脑数量极少。为提高计算机利用率，将一台计算机经过通信线路与若干台终端直接连接，可以把这种方式看做为最简单的局域网雏形。  　　最早的Internet源于[ARPAnet](http://baike.haosou.com/doc/1583937-1674376.html)，它是由美国国防部高级研究计划局（ARPA）于1968年建立项目。现代计算机网络的许多概念和方法，如分组交换技术都来自ARPAnet。 ARPAnet不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究，其结果导致了TCP/IP问世。 　　1977-1979年，ARPAnet推出了TCP/IP体系结构和协议。1980年前后，ARPAnet上的所有计算机开始使用TCP/IP协议工作，并以ARPAnet为主干网建立了初期的Internet。此后2个著名的科学教育网CSNET和BITNET先后建立。1984年，美国国家科学基金会NSF规划建立了13个国家超级计算中心及国家教育科技网。随后替代了ARPANET的骨干地位。 1988年Internet开始对外开放。1991年6月，在连通Internet的计算机中，商业用户首次超过了学术界用户，这是Internet发展史上的一个里程碑，从此Internet成长速度一发不可收拾。 　　计算机网络的发展阶段 　　第一代：远程终端连接 　　20世纪60年代早期 　　面向终端的计算机网络：主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机。 　　只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信。 　　第二代：计算机网络阶段（局域网） 　　20世纪60年代中期 　　多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信。 　　包括：通信子网、用户资源子网。 　　终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。 　　电路交换和分组交换。 　　第三代：计算机网络互联阶段（广域网、Internet） 　　1981年国际标准化组织(ISO)制订：开放体系互联基本参考模型（OSI/RM），实现不同厂家生产的计算机之间实现互连。 　　TCP/IP协议的诞生。 　　第四代：信息高速公路（高速，多业务，大数据量） 　　宽带综合业务数字网：信息高速公路 　　ATM技术、ISDN、千兆以太网 　　交互性：网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等高速、可视化。 　　中国的网络发展史 　　1、Internet的阶段性发展 　　我国的INTERNET的发展以1987年通过中国学术网CANET向世界发出第一封E-mail为标志。经过几十年的发展，形成了四大主流网络体系，即：中科院的科学技术网CSTNET；国家教育部的教育和科研网CERNET；原邮电部的CHINANET和原电子部的金桥网CHINAGBN。 　　Internet在中国的发展历程可以大略地划分为三个阶段： 　　第一阶段为1987—1993年，也是研究试验阶段。在此期间中国一些科研部门和高等院校开始研究InternetInternet技术，并开展了科研课题和科技合作工作，但这个阶段的网络应用仅限于小范围内的电子邮件服务。 　　第二阶段为1994年至1996年，同样是起步阶段。1994年4月，中关村地区教育与科研示范网络工程进入Internet，从此中国被国际上正式承认为有Internet的国家。之后，Chinanet、CERnet、CSTnet、Chinagbnet等多个Internet络项目在全国范围相继启动，Internet开始进入公众生活，并在中国得到了迅速的发展。至1996年底，中国Internet用户数已达20万，利用Internet开展的业务与应用逐步增多。 　　第三阶段从1997年至今，是Internet在我国快速最为快速的阶段。国内Internet用户数97年以后基本保持每半年翻一番的增长速度。增长到今天，上网用户已超过1000万。据中国Internet络信息中心（CNNIC）公布的统计报告显示，截至2003年6月30日，我国上网用户总人数为 6800万人。这一数字比年初增长了890万人，与2002年同期相比则增加了2220万人。 　　中国目前有五家具有独立国际出入口线路的商用性Internet骨干单位，还有面向教育、科技、经贸等领域的非营利性Internet骨干单位。现在有600多家网络接入服务提供商（ISP），其中跨省经营的有140家。 　　随着网络基础的改善、用户接入方面新技术的采用、接入方式的多样化和运营商服务能力的提高，接入网速率慢形成的瓶颈问题将会得到进一步改善，上网速度将会更快，从而促进更多的应用在网上实现。 ## 1.1.3 计算机网络的应用 商业应用 家庭应用 移动应用 ## 1.1.4 计算机网络的构成 　　总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空间）以及相应的应用软件四部分。 ## 1.1.4 计算机网络的分类 　　按覆盖范围分： 　　局域网（Local Area Network；LAN） 　　通常我们常见的“LAN”就是指局域网，这是我们最常见、应用最广的一种网络。局域网随着整个计算机网络技术的发展和提高得到充分的应用和普及，几乎每个单位都有自己的局域网，有的甚至家庭中都有自己的小型局域网。很明显，所谓局域网，那就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制，少的可以只有两台，多的可达几百台。一般来说在企业局域网中，工作站的数量在几十到两百台次左右。在网络所涉及的地理距离上一般来说可以是几米至10公里以内。局域网一般位于一个建筑物或一个单位内，不存在寻径问题，不包括网络层的应用。 这种网络的特点就是：连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。目前局域网最快的速率要算现今的10G以太网了。IEEE的802标准委员会定义了多种主要的LAN网：以太网（Ethernet）、令牌环网（Token Ring）、光纤分布式接口网络（FDDI）、异步传输模式网（ATM）以及最新的无线局域网（WLAN）。这些都将在后面详细介绍。 　　城域网（Metropolitan Area Network；MAN） 　　这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在10￣100公里，它采用的是IEEE802.6标准。MAN与LAN相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是LAN网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个MAN网络通常连接着多个LAN网。如连接政府机构的LAN、医院的LAN、电信的LAN、公司企业的LAN等等。由于光纤连接的引入，使MAN中高速的LAN互连成为可能。 城域网多采用ATM技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址技术的网络。ATM的最大缺点就是成本太高，所以一般在政府城域网中应用，如邮政、银行、医院等。 　　广域网（Wide Area Network；WAN） 　　这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（MAN）更广，它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题。这种城域网因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低，通常为9.6Kbps￣45Mbps 如：邮电部的CHINANET，CHINAPAC，和CHINADDN网。 上面讲了网络的几种分类，其实在现实生活中我们真正遇得最多的还要算是局域网，因为它可大可小，无论在单位还是在家庭实现起来都比较容易，应用也是最广泛的一种网络，所以在下面我们有必要对局域网及局域网中的接入设备作一个进一步的认识。 　　无线网 　　随着笔记本电脑（notebook computer）和个人数字助理 （ Personal Digital Assistant，PDA）等便携式计算机的日益普及和发展，人们经常要在路途中接听电话、发送传真和电子邮件阅读网上信息以及登录到远程机器等。然而在汽车或飞机上是不可能通过有线介质与单位的网络相连接的，这时候可能会对无线网感兴趣了。虽然无线网与移动通信经常是联系在一起的，但这两个概念并不完全相同。表1 - 2给出了它们之间的对比。例如当便携式计算机通过P C M C I A卡接入电话插口，它就变成有线网的一部分。另一方面，有些通过无线网连接起来的计算机的位置可能又是固定不变的，如在不便于通过有线电缆连接的大楼之间就可以通过无线网将两栋大楼内的计算机连接在一起。 无线网特别是无线局域网有很多优点，如易于安装和使用。但无线局域网也有许多不足之处：如它的数据传输率一般比较低，远低于有线局域网；另外无线局域网的误码率也比较高，而且站点之间相互干扰比较厉害。用户无线网的实现有不同的方法。国外的某些大学在它们的校园内安装许多天线，允许学生们坐在树底下查看图书馆的资料。这种情况是通过两个计算机之间直接通过无线局域网以数字方式进行通信实现的。另一种可能的方式是利用传统的模拟调制解调器通过蜂窝电话系统进行通信。在国外的许多城市已能提供蜂窝式数字信息分组数据（ Cellular Digital Packet Data，C D P D）的业务，因而可以通过C D P D系统直接建立无线局域网。无线网络是当前国内外的研究热点，无线网络的研究是由巨大的市场需求驱动的。无线网的特点是使用户可以在任何时间、任何地点接入计算机网络，而这一特性使其具有强大的应用前景。当前已经出现了许多基于无线网络的产品，如个人通信系统（ Personal CommunicationS y s t e m，P C S）电话、无线数据终端、便携式可视电话、个人数字助理（ P D A）等。无线网络的发展依赖于无线通信技术的支持。无线通信系统主要有：低功率的无绳电话系统、模拟蜂窝系统、数字蜂窝系统、移动卫星系统、无线L A N和无线WA N等。 　　按拓扑结构分类 　　总线型 　　环型 　　星型 　　网状 　　按信息的交换方式来分： 　　电路交换 　　报文交换 　　报文分组交换 　　 　　【计算机网络的发展历史】 ——出自《百度百科》 点评：一九九三年美国的克林顿政府提出了“信息高速公路”计划，从而在这十多年间在全球范围内引发了一场信息风暴，信息技术几乎触及了现代生活的方方面面，毫不夸张的说没有了信息技术，现代文明的生活将无从谈起