计算机网络应用基础第1章图文图文课件

第1章 绪论
1.2 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法有许多种，例如可以根据计算机网络的拓 扑结构、网络中的操作系统、所使用的网络协议以及网络共享服 务方式等对计算机网络进行分类。其中，最常见的计算机网络分 类方法有两种：根据计算机网络所使用的传输技术分类与根据计 算机网络覆盖的地理范围和规模分类。
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1.1 计算机网络的形成与发展 1.2 计算机网络的分类 1.3 计算机网络的拓扑结构 1.4 本章小结
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1.1 计算机网络的形成与发展
计算机网络的发展历史最早可以追溯到20世纪60年代初期。到 目前为止，计算机网络的发展经历了四个主要阶段。
1.1.1 早期分组交换原理的产生和发展
在这一阶段，除了上述主要由美国人研究的BITnet、CSnet、 NSFnet和ARPAnet等网络之外，其他国家也对计算机网络进行了 研究，比较有代表性的是法国的Minitel项目。20世纪80年代初 法国启动了Minitel项目，计划将数据网络带进每个家庭。该项 目由法国政府资助，Minitel系统包括一个公共分组交换网络 （基于X.25协议族，采用虚电路技术）、Minitel服务器以及价 1
随着网络数量的高速增长，如何将多个网络互连起来成为这一
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在这一阶段，除了Vinton Cerf和Robert Kahn，许多其他的研 究者也开展了网络互连的研究工作。例如，Norman Abramson开 发了ALOHAnet，这是一个基于分组的无线电网络，它将分布在 夏威夷群岛上的多个远程结点互连起来，使其可以相互通信。 作为ALOHAnet核心的ALOHA协议是有史以来第一个多路访问协议 （multiple-access protocol），该协议允许多个分布在不同 地域的用户共享同一广播式的通信介质。此外，许多公司也研 究开发了各种专用网络协议。DEC公司于1975年发布了DECnet的 第一版，在该网络中，两台PDP-11小型机可以相互通信。在此 之后DECnet不断发展完善，后来ISO推出的OSI网络协议相当大 的部分来源于在DECnet中研究与验证的概念和想法。同样是在 上世纪70年代，Xerox公司推出了XNS体系结构，IBM公司推出了 SNA体系结构。这些不同的研究者和公司针对网络互连的早期研
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在这一时期，计算机的作用和影响力日益增强，特别是分时计 算机（time-sharing computer）系统的出现迫使人们考虑是否 能够以及如何将计算机互联起来，使分布在不同地域的用户可 以共享这些计算机。与语音信息不同，互联起来的计算机用户 之间的通信活动通常是突发的（bursty），通信活动时有时无， 断断续续。例如，一个用户向某远程计算机发送一条命令之后 随即进入等待应答的状态，或者对接收到的应答进行相应的处 理。
1.2.1 根据传输技术分类
计算机网络所采用的传输技术是网络的主要技术特性，因此根据 网络所采用的传输技术对计算机网络进行分类是最常见也是最重 要的一种分类方法。
一般而言，计算机网络中的通信信道有两类：广播式 （broadcast）通信信道和点到点式（point-to-point）通信信 道。广播式通信信道的特点是多个结点共享同一个公共的通信线 路，一个结点发送数据，多个结点可以同时接收该数据，即所谓 的一发多收。而对于点到点式通信信道而言，一条通信线路只能 1
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在1989—1991年之间，CERN（欧洲核子研究组织，原名称为法 语，英文名称为European Organization for Nuclear Research）的英国人Time Berners-Lee，在20世纪40年代 Vannevar Bush提出的基于关联关系的信息存储理论系统以及后 来Ted Nelson 和 Douglas Englebart等人关于超文本 （hypertext）技术研究的基础上，发明了万维网。因为CERN是 一个非常大的国际组织，包含了许许多多分布在全球各地的研 究人员，因此，刚从牛津大学毕业的Time Berners-Lee在CERN 做临时软件顾问期间，写了一个供其个人使用的叫做Enquire 的程序，他将此程序称为“记忆替代”（memory substitute）， 用来帮他记住CERN实验室的各种人员和项目之间的关系。后来， 他考虑在此基础上创建一个全球范围的信息空间，将存储在全 球各地的计算机上的信息联接起来，可以供全球任何地方的任 何人访问使用。此后，Time Berners-Lee和他的同事们相继研 究和开发了最初版本的HTML、HTTP、Web服务器和Web浏览器， 1
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到1972年的时候，ARPAnet已经发展到将近15个结点。Robert Kahn在1972年的国际计算机通信会议上首次对ARPAnet进行了公 开演示。随着第一批IMP不断接入到ARPAnet，越来越多的人开 始尝试在ARPAnet上做各种各样的实验，进而开发某种应用。例 如，最初被授权制造IMP的BBN公司的工程师Ray Tomlinson于 1972年写出了历史上第一个电子邮件（email）程序，这个程序 是现在各种电子邮件程序的鼻祖。最初，Ray Tomlinson只是通 过给自己发送电子邮件来测试其程序，至于程序本身则对外保 密。但是，没过多久这个秘密不胫而走，email应用深受网络用 户的喜爱。因为在此之前，人们相互之间发送消息（或邮件） 仅限于在同一台分时计算机上进行，而email是在ARPAnet上的 不同计算机之间收发电子邮件，这和以往的应用模式有着本质 区别，开辟了崭新的应用前景。于是，email很快风靡整个
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与此同时，ARPAnet领域也成果显著，许多构成今天Internet体 系结构的基本要素都逐渐成形。1983年1月1日，TCP/IP协议替 代原来的NCP协议，正式成为ARPAnet的新的标准主机协议。从 NCP协议过渡到TCP/IP协议，对于ARPAnet而言（进而对现在的 Internet而言），是具有划时代意义的事件。在那一天， ARPAnet网络中所有的主机都必须从原先的NCP协议转换成 TCP/IP协议。DNS（Domain Name System，域名系统）也于这一 时期建立起来。DNS的功能是将人所易于理解和记忆的Internet 地址名称映射为纯数字形式的32位IP地址。
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1.1.3 网络的迅速增长
计算机网络发展的第三阶段，即网络的迅速增长阶段，从时间 上可以划分为1980--1990年。20世纪70年代末，ARPAnet的规模 仅仅约为200台主机，而到80年代末，连接到公共Internet（许 许多多网络相互连成的一个大型网络联合体）上的主机数已经 增至10万台。因此，20世纪80年代是网络规模急剧增大的一个 时期。
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事实上，人类历史上第一次使用计算机网络进行通信的经历并 不成功。在第二台IMP安装到SRI之后，人们把SDS-940大型机作 为主机与该IMP连接到一起，并且由一名研究生编写了主机与 IMP之间的接口程序。一切准备就绪，人们迫不及待地开始了人 类历史上第一次使用计算机网络进行互连通信的尝试。当时的 想法是尝试从UCLA结点向SRI结点进行一次简单的远程登录 （remote login）。首先，UCLA的一名叫做Charlie Klein的本 科生向SRI结点发出信息“你们收到L了吗？”，从SRI结点传来
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1.Βιβλιοθήκη Baidu广播式网络
在广播式网络中，每一个数据包中都含有一个地址字段，标明 该数据包的接收者，即目的地址。当一个结点接收到一个数据 包之后，首先检查该数据包的目的地址字段。如果这个结点就 是此数据包的目的结点，该结点对此数据包进行相应的处理； 如果此数据包是发给其他结点的，该结点则忽略此数据包，将 其丢弃。
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在这一阶段，具有里程碑式的验证性计算机网络是著名的 ARPAnet。前苏联在1957年发射了人类历史上第一颗人造地球卫 星Sputnik，美国对其潜在的军事用途深感担忧，因而组建了旨 在重新树立美国在军事科技研究和应用方面领导地位的ARPA （Advanced Research Projects Agency，美国国防部高级研究 项目局）。在20世纪60年代主持ARPA计算机科学研究项目的是 Leonard Kleinrock在麻省理工学院的两位同事--J.C.R. Licklider和Lawrence Roberts。在1967年，Lawrence Roberts 发表了ARPAnet的总体设计方案。ARPAnet是有史以来第一个基于 分组交换原理的计算机网络，也是现在Internet的鼻祖。在 ARPAnet中，每个结点包含一台主机（host）和一台接口消息处 理机（IMP: Interface Message Processor）。主机与IMP之间 用很短的线路连接，安放在同一房间内。用户操作主机，主机主 要负责与用户交互，而IMP主要负责网络通信。IMP本质上是一台 小型机（minicomputer）。当时的IMP体形庞大，有一人多高。
计算机网络发展的第一个阶段，即早期分组交换原理的产生和 发展阶段，从时间上大致可以划分为1961--1972年。这一阶段 的主要工作是研究分组交换（packet switching）的基本概念 和主要技术。
在20世纪60年代初期，电话网络（telephone network）是世界 上主要的通信网络。电话网络传输的是语音（voice）信息，假 定在发送端与接收端之间以相对恒定的速率传输语音信息，电
网络快速发展主要来源于几个独立的网络互连项目，这些项目 的目的是构建计算机网络将不同的大学互相连接起来。这些项 目分别是BITnet、CSnet和NSFnet。BITnet（最初含义为 Because It’s There Network，后演化为Because It’s Time Network）是由纽约市立大学的Ira Fuchs和耶鲁大学的Greydon Freeman建立的一个协作式大学网络。BITnet主要为美国东北部
针对互联计算机通信的通信活动呈现突发状态这一特点，三个 不同的研究团队分别开始研究电路交换的替代技术。这三个团 队分别是美国麻省理工学院的Leonard Kleinrock、兰德公司 （RAND Corporation）的Paul Baran以及英国国家物理实验室 （NPL: National Physical Laboratory）的Donald Davies和
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1.1.2 网络互连和专用网络迅速发展
计算机网络发展的第二个阶段，即网络互连和专用网络迅速发 展阶段，从时间上可以划分为1972--1980年。在最初的ARPAnet 出现之后，世界各地的研究者纷纷开始研究和构建各自的分组 交换网络。从20世纪70年代初到70年代中期，各式各样的专用 分组交换网络应运而生：ALOHAnet是一个连接夏威夷群岛上多 所大学的微波通信网络；Telenet是BBN公司基于ARPAnet的技术 构建的一个商业用途的分组交换网络；Transpac是一个法国的 分组交换网络；还有Tymnet，等等。这些专用的分组交换网络 的数量开始迅速增长。1973年，Robert Metcalfe的博士论文奠 定了以太网（Ethernet）的理论基础，在此之后，短距离传输 的局域网（LAN: Local Area Network）得到了迅猛发展，网络 数量飞速增长。
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1.1.4 网络商业化和万维网 计算机网络发展的第四阶段，即网络商业化和万维网阶段，从 时间上划分为20世纪90年代至今。在这一时期，Internet继续 向前发展，并且很快进入商业化阶段。这一时期发生了两件标 志性的事件。 其一，现代Internet的始祖ARPAnet正式停止运行。随着越来 越多的商业Internet服务提供商的出现，计算机网络逐渐从最 初的ARPAnet过渡到Internet时代。 其二，万维网（WWW: World Wide Web）的出现。万维网把 Internet带进全球千百万个家庭和企业。同时，万维网还为成 1