计算机网络基础.pdf

1 第 1 章 计算机网络基础 1.1 计算机网络的发展 尽管电子计算机在 20 世纪 40 年代就被研制成功，但是到了 30 年后的 20 世纪 80 年代初期，计算机网络仍然被认为是一项昂贵而奢侈的设备。近 20 年来，计算机网络 技术取得了长足的发 展 ，在今天，计算机网 络 技术已经和计算机技 术 一样精彩纷呈， 在人们的生活和商业活动中得到普遍应用， 对社会各个领域产生了广泛而深远的影响。 1.1.1 早期的计算机通信 在个人计算机出现 之前 ，计算机的体系架 构是 ：一台具有计算能力 的 计算机主机 挂接多台终端设备。 终 端设备没有数据处理 能 力，只提供键盘和显 示 器，用于将程序 和数据输入计算机主 机 和从主机获得计算结 果 。计算机主机分时、 轮 流地为各个终端 执行计算任务，这种 计 算机主机与终端之间 的 数据传输，就是最早 的 计算机通信，如 图 1.1 所示。 图 1.1 计算 机主 机 与终 端 之间 的 数据 传 输 尽管有的应用中计 算机 主机与终端之间采 用电 话线路连接，距离可 以 达到数百千 米，但是，在这种体 系 架构下构成的计算机 终 端与计算机主机的通 信 网络，仅仅是为 了实现人与计算机之间的对话， 并不是真正意义上的计算机与计算机之间的网络通信。 2 1.1.2 分组交换网络 一直到 1964 年美国 Rand 公司的 Baran 提出"存储转发"和 1966 年英国国家物理实 验室的 Davies 提出"分组交换"的方法以后，独立于电话网络的、实用的计算机网络才 开始了真正的发展。 分组交换的概念是 将整 块待发送的数据划 分为 若干个更小的数据段 ， 在每个数据 段前面加上报头，构成若干个数据分组（Packet） 。每个数据分组的报头 中存放有目标 计算机的地址和报文 包 的序号。网络中的交 换 机根据数据分组的地 址 决定将数据向哪 个方向转发。基于这 一 概念，由传输线路、 交 换设备和通信计算机 组 成的网络，被称 为分组交换网络，如图 1.2 所示。 图 1.2 分组 交换 网 分组交换网络是计 算机 通信脱离电话通信 电路 交换模式的里程碑。 电 话通信电路 交换的模式下，在通信之前，需要用户先通过呼叫（拨号） ，为网络本次通信建立电路。 这种通信方式不适合 计 算机数据通信的突发 性 、密集性的特点。分 组 交换网络不需要 实际建立通信电路， 数 据可以随时以分组的 形 式发送到网络中。分 组 交换网络不需要 为呼叫建立电路的关 键 在于其每个数据分组 的 报头中都有目标计算 机 的地址，网络交 换设备根据这个地址 就 可以随时为单个数据 分 组提供转发，将其沿 正 确的路线送往目 标计算机。 美国的分组交换网 ARPANET 于 1969 年 12 月投入运行，被公认为最早的分组交 换网。法国的分组交换网 CYCLADES 开通于 1973 年。同年，英国的 NPL 也开通了英 国第一个分组交换网。现代的计算机网络中，以太网、帧中继、Internet 都是分组交换 网络。 1.1.3 以太网 以太网目前在全球 的局 域网技术中占有主 导地 位，以太网的研究 始于 1970 年早 3 期，研究单位是夏威 夷 大学，目的是解决多 台 计算机同时使用同一 传 输介质通信互不 干扰的问题。其结构如图 1.3 所示。夏威夷大 学的研究结果奠定了以太网共享传输介 质的技术基础，形成了享有盛名的 CSMA/CD 方法。 图 1.3 以太 网 以太网的 CSMA/CD 方法是在一台计算机需要使用共享传输介质通信时，先侦听 该共享传输介质是否 已 经被占用。当共享传 输 介质空闲时，计算机 就 可以抢占该介质 进行通信。所以 CSMA/CD 方法又被称为总线竞争方法。 与现代以太网标准相一致的第一个局域网是由施乐公司的 Robert Metcalfe 和他的 工作小组建成的。1980 年，数字设备公司、英特尔公司和施乐公司联合发布了第一个 以太网标准 Ethernet。这种用同轴电缆作为传输介质的简单网络技术立即受到了欢迎， 在 80 年代，用 10 Mb/s 以太网技术构造的局域网迅速遍布全球。 1985 年，电气和电子工程学会（IEEE）发布了局域网和城域网的 802 标准，其中 的 802.3 是以太网技术标准。802.3 标准与 1980 年的 Ethernet 标准的差异非常小，以 至于同一块以太网卡可以同时发送和接收 802.3 数据帧和 Ethernet 数据帧。 20 世纪 80 年代，个人 计算机的大量出现和以太网的廉价，使得计算机网络不再 是一 个 奢侈 的 技术 。10 Mb/s 的网 络传 输 速度 ， 很好 地 满足 了 当时 相 对 较低 的 个人