精品课件-计算机网络应用基础-第1章
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
第1章 绪论
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
第1章 绪论
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
第1章 绪论
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来自百度文库。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
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
第1章 绪论
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。
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
第1章 绪论
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。
第1章 绪论
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
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
第1章 绪论
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。
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。
第1章 绪论
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。
第1章 绪论
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。
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
第1章 绪论
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
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
第1章 绪论
第1章 绪论 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
第1章 绪论
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
第1章 绪论
1. 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。
第1章 绪论
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
第1章 绪论
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
第1章 绪论
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来自百度文库。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
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
第1章 绪论
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。
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
第1章 绪论
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。
第1章 绪论
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
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
第1章 绪论
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。
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。
第1章 绪论
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。
第1章 绪论
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。
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
第1章 绪论
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
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
第1章 绪论
第1章 绪论 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
第1章 绪论
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
第1章 绪论
1. 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。