第一章概述1.1計算機網絡的發展1.2計算機網絡的概念和分類1.3計算機網絡的體系結構

第一章概述1.1計算機網絡的發展11.1計算機網絡的發展通常，人們將計算網絡技術的發展概括為以下四個階段：第一階段，面向終端的計算機網絡。第二階段，以資源共享為目標的計算機網絡。第三階段，建立標準化的計算機網絡。第四階段，廣泛應用的計算機網絡。

1.1計算機網絡的發展通常，人們將計算網絡技術的2第一階段面向終端的計算機網絡。該階段可追溯到20世紀50年代初，人們將地理位置分散的不同終端，通過傳輸介質及相應的通信設備與一臺計算機相連，這種以單臺計算機為中心的聯機系統被稱為面向終端的計算機網絡，為計算機技術的進一步發展打下了良好的理論基礎和技術基礎。第二階段以資源共享為目標的計算機網絡。20世紀60年代，為了進一步加強通信和計算機軟硬件資源、信息資源的共享，人們提出將地理位置分散且具有獨立功能的計算機互連起來，共同完成數據處理和通信功能。

第一階段3第三階段建立標準化的計算機網絡。20世紀70年代中期，計算機網絡技術發展迅速，計算機生產廠商紛紛推出了自己的計算機產品和網路產品，由于這些產品在技術和結構上有很大差異，很難實現互連，于是構建網絡標準化的問題被提出。第四階段廣泛應用的計算機網絡。20世紀90年代，互聯網技術飛速發展，隨之而來的是的Internet的廣泛應用。互聯網以其開放性改變了人們的生活，為人們帶來了便利，互聯網技術的應用滲透到社會生活的方方面面。第三階段41.2計算機網絡的概念和分類1.2.1計算機網絡的定義從系統構成來講，計算機網絡系統由硬件和軟件兩部分組成，具體包括計算機系統、通信線路和通信設備、網絡協議、網絡軟件。為了更好地理解和研究開發計算機網絡技術，人們從計算機網絡各組成部分的功能上將計算機網絡劃分為資源子網和通信子網，稱為計算機網絡的邏輯結構，如圖1-1所示。資源子網提供網絡訪問、網絡資源共享和數據處理業務，由計算機系統、存儲系統、終端服務器和終端設備等組成。通信子網提供網絡通信的功能，由通信線路、通信設備和通信控制處理機（CommunicationControlProcessor，CCP）組成。1.2計算機網絡的概念和分類1.2.1計算機網絡的定義5圖1-1計算機網絡的邏輯結構圖1-1計算機網絡的邏輯結構61.2.2計算機網絡的分類計算機網絡從不同角度有不同的分類方法，主要的分類方式有：●按照網絡覆蓋的地理范圍分類●按照網絡的拓撲結構分類●按照網絡所使用的傳輸技術分類除上述常見的分類方法外，還有一些其他的分類方法。例如，按照網絡使用的傳輸介質.，還可以將計算機網絡分為同軸電纜網、雙絞線網、光纖網和無線網等。1.2.2計算機網絡的分類計算機網絡從不同角度有不同的分類方7●按照網絡覆蓋的地理范圍分類（1）局域網（LocalAreaNetwork,LAN）局域網的地理覆蓋范圍從幾十米至數公里，一般是在一個辦公室，一棟大樓，一個單位內將各種計算機、終端及外部設備互連成網絡。局域網覆蓋的地理范圍小，網絡傳輸速率高，網絡拓撲結構簡單。（2）城域網(MetropolitanAreaNetwork)城域網的地理覆蓋范圍從幾十公里至數百公里，一般是在一個城市范圍內。城域網通過局域網之間的互連，可以實現大量用戶之間的多種信息的傳輸，包括聲音、視頻、圖形、圖像、動畫等內容。（3）廣域網(WideAreaNetwork,WAN)廣域網的地理覆蓋范圍從數百公里至數萬公里，可跨越省市、地區、國家、洲及全球，因此又被稱為遠程網。廣域網覆蓋的地理范圍大，網絡傳輸速率較低，網絡拓撲結構復雜。因特網（Internet）就是一種廣域網?！癜凑站W絡覆蓋的地理范圍分類8●按照網絡的拓撲結構分類典型的計算機網絡拓撲結構有：○總線型拓撲結構○環型拓撲結構○星型拓撲結構○樹型拓撲結構○網狀拓撲結構因此，按照網絡的拓撲結構類型，計算機網絡分為總線型網絡、環型網絡、星型網絡、樹型網絡、網狀網絡和混合型網絡?！癜凑站W絡的拓撲結構分類9●按照網絡所使用的傳輸技術分類（1）廣播式網絡在廣播式網絡中，所有連網的計算機共享一條通信信道，一臺計算機發送消息，其他計算機均可接收到消息，并根據消息中的目的地址判斷消息是否是傳送給自己的，如果是則接收該消息，否則放棄。良好的信道控制機制是廣播式網絡要解決的關鍵問題。（2）點到點網絡在點到點式網絡中，每條通信線路連接兩臺計算機。當網絡中的兩臺計算機傳遞消息沒有直接的通信線路連接時，就需要通過其他計算機轉發。另外，點到點式的網絡結構可能很復雜，怎樣才能實現消息從一個節點到另一個節點高效率的傳輸，需要選擇合適的路徑，因此存儲轉發技術和路由選擇算法是點到點網絡的重要研究內容?！癜凑站W絡所使用的傳輸技術分類101.2.3計算機網絡的功能與應用1.計算機網絡的功能（1）資源共享這里的資源包括硬件資源、軟件資源和信息資源。硬件資源包括巨型計算機、大容量磁盤、高性能打印機、通信線路、通信設備等。軟件資源包括各種操作系統、數據庫管理系統、工具軟件及應用軟件等。信息資源包括各種信息服務、廣告娛樂、科技文化、醫療衛生等方方面面的內容。通過計算機網絡的資源共享功能，能夠充分發揮資源潛能，提高資源利用率。（2）通信功能利用計算機網絡的通信功能，能夠有效地實現數據傳輸，包括文字、聲音、圖形圖像和視頻等各種多媒體信息。計算機網絡把地理上分散的、功能獨立的計算機互連起來，為信息傳輸提供了通信信道，為信息資源共享創造了條件。1.2.3計算機網絡的功能與應用112.計算機網絡的應用計算機網絡的應用已經滲透到人們社會生活的各個領域，科研人員可以通過網絡進行學術交流與合作，人們可以通過網絡教育平臺學習遠程課程，即時通訊工具拉近了人們之間的距離，辦公自動化顯著提高了辦公效率，降低了企業成本，建立在計算機網絡基礎上的電子商務活動更是改變了人們的生活方式，隨著計算機網絡技術的不斷發展和各種應用需求的不斷增加，計算機網絡應用的范圍、廣度和深度也會繼續不斷加強，未來我們將會看到計算機網絡為我們的工作和生活帶來的更大的變化。2.計算機網絡的應用121.3計算機網絡的體系結構

1.3.1網絡體系結構的基本概念計算機網絡是一個復雜的系統，其主要功能是實現數據通信和資源共享。為了更好地理解和研究計算機網絡結構，設計出高效率的計算機網絡，人們提出了網絡體系結構的概念。其中，協議和層次是理解網絡體系結構的關鍵。協議是一種約定和規范，計算機網絡中的節點必須遵守一定的約定和規范，才能有條不紊地完成通信功能。網絡協議規定了通信過程中的控制信息、數據傳輸的格式和時序等內容，解決了網絡節點做什么，怎么做和何時做的問題，被稱為網絡協議三要素，即語法、語義和時序。1.3計算機網絡的體系結構1.3.1網絡體系結構的基本13○語法：規定數據與控制信息的結構格式；○語義：規定發出何種控制信息，應該完成的動作以及做出的相應；○時序：規定事件（動作）實現的順序。在計算機網絡體系結構中，層次也是一個很重要的概念。計算機網絡層次的概念來源于人們對復雜事務認識和處理的基本方法。

到目前為止，比較普遍且具有代表性的計算機網絡體系結構有兩個，一個是國際標準化組織推出的ISO/OSI參考模型,另一個是事實上的工業標準TCP/IP參考模型?！鹫Z法：規定數據與控制信息的結構格式；141.3.2ISO/OSI參考模型OSI參考模型將網絡結構劃分為7層，自底向上分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層，如圖1-2所示。圖1-2OSI參考模型1.3.2ISO/OSI參考模型OSI參考模型將網絡結構15遵循該模型的計算機網絡系統均具有以下特征：○網絡中的各節點具有相同的層次結構；○同一節點的相鄰層之間通過接口實現通信；○同一節點的相鄰層之間，下層為上層提供服務，上層使用下層提供的服務；○每層實現相對獨立的功能，不同節點的同等層具有相同的功能；○不同節點的同等層按照協議實現對等層之間的通信遵循該模型的計算機網絡系統均具有以下特征：16OSI參考模型的各層功能如下：物理層物理層是OSI參考模型的最底層。物理層不是物理傳輸介質，而是物理傳輸介質與數據鏈路層之間的接口。物理層提供物理連接服務，在物理傳輸介質之上為數據鏈路層提供0、1比特流的傳輸，并保證0、1信號按原順序傳輸給對方。此外，物理層還提供了物理連接的建立、保持和拆除活動中的機械、電氣、功能和規程特性。其中，機械特性是指網絡接口的形狀等。電氣特性是指信號電壓、持續的時間等。功能特性是指物理設備的具體功能。規程特性是指實現功能的動作序列或動作規則。OSI參考模型的各層功能如下：物理層17數據鏈路層數據鏈路層是OSI參考模型的第二層。數據鏈路層是在物理層提供的服務基礎上，將比特流組織成幀，傳輸以幀為單位的數據信息。此外，數據鏈路層要實現物理尋址、差錯控制、流量控制、接入控制等功能，以保證為網絡層提供無差錯的透明傳輸，兩個節點間傳送信息時發送速度和接收速度的匹配，同時當多個節點共享通信鏈路時，數據鏈路層能確定在什么時間由哪一個節點發送數據。數據鏈路層18網絡層網絡層是OSI參考模型的第三層。與數據鏈路層不同的是，數據鏈路層只是實現同一個網絡中的相鄰節點之間的鏈路管理及幀傳輸問題，而網絡層，在數據鏈路層提供的服務基礎上，還需要實現不同網絡中的節點間的數據包傳輸問題。如何選擇傳輸路徑，提高傳輸效率，是網絡層的路由選擇功能需要解決的問題。網絡層還實現邏輯地址尋址、流量控制、擁塞控制等功能，以保證數據正確順利地傳送到目的節點。網絡層19傳輸層傳輸層是OSI參考模型的第四層。作為通信子網與資源子網的接口，傳輸層是OSI參考模型中的關鍵部分，負責協調通信連接與應用實現。傳輸層的主要任務是向用戶提供透明的端到端的數據傳輸。會話層會話層是OSI參考模型的第五層。所謂會話，是指兩個用戶進程之間為完成一次完整的通信而進行的活動，包括建立會話連接，協調和同步會話連接以及結束會話連接。會話層的主要任務就是利用傳輸層提供的端到端的數據傳輸服務，提供會話機制的建立和管理服務。傳輸層20表示層表示層是OSI參考模型的第六層。表示層的主要任務是解決用戶信息的表示問題。不同的計算機系統使用的數據表示法可能不同，例如大部分計算機系統的字符表示采用的是ASCII碼字符集，但也有采用EBCDIC編碼的，這種情況下，表示層就需要負責完成數據格式的轉換。表示層還完成數據加密與解密、數據壓縮與恢復等功能。應用層應用層是OSI參考模型的第七層，也是最高層，它是計算機網絡與最終用戶之間的接口。應用層在低6層提供的數據傳輸和數據表示等各種服務的基礎上，提供為最終網絡應用所需要的服務和協議，包括文件傳輸、訪問和管理、電子郵件、虛擬終端、網絡管理、查詢服務和遠程作業登錄等。表示層211.3.3TCP/IP模型Internet網絡體系結構基于TCP/IP模型，它采用的是TCP/IP（TransmissionControl/InternetProtocol）協議，即傳輸控制/網際協議。TCP/IP協議模型基于網絡體系結構分層的思想，將網絡劃分為四層，從低到高分別是：網絡接口層、網際層、傳輸層和應用層。其與ISO/OSI參考模型的對應關系如圖1-3所示。圖1-3TCP/IP參考模型與OSI參考模型1.3.3TCP/IP模型Internet網絡體系結構基于22在TCP/IP參考模型中，各層的主要功能如下：○網絡接口層向用戶提供常用的應用程序，例如電子郵件收發程序、瀏覽器等○網際層也即IP層，它負責定義在互聯網中傳輸的IP數據包格式，源數據包通過路由器到目的端時的路由選擇?！饌鬏攲右布碩CP層，它負責為用戶應用程序間建立可靠的端到端的連接。○應用層向用戶提供常用的應用程序，例如電子郵件收發程序、瀏覽器等在TCP/IP參考模型中，各層的主要功能如下：○網絡接口層23第一章概述1.1計算機網絡的發展1.2計算機網絡的概念和分類1.3計算機網絡的體系結構

第一章概述1.1計算機網絡的發展241.1計算機網絡的發展通常，人們將計算網絡技術的發展概括為以下四個階段：第一階段，面向終端的計算機網絡。第二階段，以資源共享為目標的計算機網絡。第三階段，建立標準化的計算機網絡。第四階段，廣泛應用的計算機網絡。

1.1計算機網絡的發展通常，人們將計算網絡技術的25第一階段面向終端的計算機網絡。該階段可追溯到20世紀50年代初，人們將地理位置分散的不同終端，通過傳輸介質及相應的通信設備與一臺計算機相連，這種以單臺計算機為中心的聯機系統被稱為面向終端的計算機網絡，為計算機技術的進一步發展打下了良好的理論基礎和技術基礎。第二階段以資源共享為目標的計算機網絡。20世紀60年代，為了進一步加強通信和計算機軟硬件資源、信息資源的共享，人們提出將地理位置分散且具有獨立功能的計算機互連起來，共同完成數據處理和通信功能。

第一階段26第三階段建立標準化的計算機網絡。20世紀70年代中期，計算機網絡技術發展迅速，計算機生產廠商紛紛推出了自己的計算機產品和網路產品，由于這些產品在技術和結構上有很大差異，很難實現互連，于是構建網絡標準化的問題被提出。第四階段廣泛應用的計算機網絡。20世紀90年代，互聯網技術飛速發展，隨之而來的是的Internet的廣泛應用?；ヂ摼W以其開放性改變了人們的生活，為人們帶來了便利，互聯網技術的應用滲透到社會生活的方方面面。第三階段271.2計算機網絡的概念和分類1.2.1計算機網絡的定義從系統構成來講，計算機網絡系統由硬件和軟件兩部分組成，具體包括計算機系統、通信線路和通信設備、網絡協議、網絡軟件。為了更好地理解和研究開發計算機網絡技術，人們從計算機網絡各組成部分的功能上將計算機網絡劃分為資源子網和通信子網，稱為計算機網絡的邏輯結構，如圖1-1所示。資源子網提供網絡訪問、網絡資源共享和數據處理業務，由計算機系統、存儲系統、終端服務器和終端設備等組成。通信子網提供網絡通信的功能，由通信線路、通信設備和通信控制處理機（CommunicationControlProcessor，CCP）組成。1.2計算機網絡的概念和分類1.2.1計算機網絡的定義28圖1-1計算機網絡的邏輯結構圖1-1計算機網絡的邏輯結構291.2.2計算機網絡的分類計算機網絡從不同角度有不同的分類方法，主要的分類方式有：●按照網絡覆蓋的地理范圍分類●按照網絡的拓撲結構分類●按照網絡所使用的傳輸技術分類除上述常見的分類方法外，還有一些其他的分類方法。例如，按照網絡使用的傳輸介質.，還可以將計算機網絡分為同軸電纜網、雙絞線網、光纖網和無線網等。1.2.2計算機網絡的分類計算機網絡從不同角度有不同的分類方30●按照網絡覆蓋的地理范圍分類（1）局域網（LocalAreaNetwork,LAN）局域網的地理覆蓋范圍從幾十米至數公里，一般是在一個辦公室，一棟大樓，一個單位內將各種計算機、終端及外部設備互連成網絡。局域網覆蓋的地理范圍小，網絡傳輸速率高，網絡拓撲結構簡單。（2）城域網(MetropolitanAreaNetwork)城域網的地理覆蓋范圍從幾十公里至數百公里，一般是在一個城市范圍內。城域網通過局域網之間的互連，可以實現大量用戶之間的多種信息的傳輸，包括聲音、視頻、圖形、圖像、動畫等內容。（3）廣域網(WideAreaNetwork,WAN)廣域網的地理覆蓋范圍從數百公里至數萬公里，可跨越省市、地區、國家、洲及全球，因此又被稱為遠程網。廣域網覆蓋的地理范圍大，網絡傳輸速率較低，網絡拓撲結構復雜。因特網（Internet）就是一種廣域網?！癜凑站W絡覆蓋的地理范圍分類31●按照網絡的拓撲結構分類典型的計算機網絡拓撲結構有：○總線型拓撲結構○環型拓撲結構○星型拓撲結構○樹型拓撲結構○網狀拓撲結構因此，按照網絡的拓撲結構類型，計算機網絡分為總線型網絡、環型網絡、星型網絡、樹型網絡、網狀網絡和混合型網絡。●按照網絡的拓撲結構分類32●按照網絡所使用的傳輸技術分類（1）廣播式網絡在廣播式網絡中，所有連網的計算機共享一條通信信道，一臺計算機發送消息，其他計算機均可接收到消息，并根據消息中的目的地址判斷消息是否是傳送給自己的，如果是則接收該消息，否則放棄。良好的信道控制機制是廣播式網絡要解決的關鍵問題。（2）點到點網絡在點到點式網絡中，每條通信線路連接兩臺計算機。當網絡中的兩臺計算機傳遞消息沒有直接的通信線路連接時，就需要通過其他計算機轉發。另外，點到點式的網絡結構可能很復雜，怎樣才能實現消息從一個節點到另一個節點高效率的傳輸，需要選擇合適的路徑，因此存儲轉發技術和路由選擇算法是點到點網絡的重要研究內容。●按照網絡所使用的傳輸技術分類331.2.3計算機網絡的功能與應用1.計算機網絡的功能（1）資源共享這里的資源包括硬件資源、軟件資源和信息資源。硬件資源包括巨型計算機、大容量磁盤、高性能打印機、通信線路、通信設備等。軟件資源包括各種操作系統、數據庫管理系統、工具軟件及應用軟件等。信息資源包括各種信息服務、廣告娛樂、科技文化、醫療衛生等方方面面的內容。通過計算機網絡的資源共享功能，能夠充分發揮資源潛能，提高資源利用率。（2）通信功能利用計算機網絡的通信功能，能夠有效地實現數據傳輸，包括文字、聲音、圖形圖像和視頻等各種多媒體信息。計算機網絡把地理上分散的、功能獨立的計算機互連起來，為信息傳輸提供了通信信道，為信息資源共享創造了條件。1.2.3計算機網絡的功能與應用342.計算機網絡的應用計算機網絡的應用已經滲透到人們社會生活的各個領域，科研人員可以通過網絡進行學術交流與合作，人們可以通過網絡教育平臺學習遠程課程，即時通訊工具拉近了人們之間的距離，辦公自動化顯著提高了辦公效率，降低了企業成本，建立在計算機網絡基礎上的電子商務活動更是改變了人們的生活方式，隨著計算機網絡技術的不斷發展和各種應用需求的不斷增加，計算機網絡應用的范圍、廣度和深度也會繼續不斷加強，未來我們將會看到計算機網絡為我們的工作和生活帶來的更大的變化。2.計算機網絡的應用351.3計算機網絡的體系結構

1.3.1網絡體系結構的基本概念計算機網絡是一個復雜的系統，其主要功能是實現數據通信和資源共享。為了更好地理解和研究計算機網絡結構，設計出高效率的計算機網絡，人們提出了網絡體系結構的概念。其中，協議和層次是理解網絡體系結構的關鍵。協議是一種約定和規范，計算機網絡中的節點必須遵守一定的約定和規范，才能有條不紊地完成通信功能。網絡協議規定了通信過程中的控制信息、數據傳輸的格式和時序等內容，解決了網絡節點做什么，怎么做和何時做的問題，被稱為網絡協議三要素，即語法、語義和時序。1.3計算機網絡的體系結構1.3.1網絡體系結構的基本36○語法：規定數據與控制信息的結構格式；○語義：規定發出何種控制信息，應該完成的動作以及做出的相應；○時序：規定事件（動作）實現的順序。在計算機網絡體系結構中，層次也是一個很重要的概念。計算機網絡層次的概念來源于人們對復雜事務認識和處理的基本方法。

到目前為止，比較普遍且具有代表性的計算機網絡體系結構有兩個，一個是國際標準化組織推出的ISO/OSI參考模型,另一個是事實上的工業標準TCP/IP參考模型?！鹫Z法：規定數據與控制信息的結構格式；371.3.2ISO/OSI參考模型OSI參考模型將網絡結構劃分為7層，自底向上分別是物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層，如圖1-2所示。圖1-2OSI參考模型1.3.2ISO/OSI參考模型OSI參考模型將網絡結構38遵循該模型的計算機網絡系統均具有以下特征：○網絡中的各節點具有相同的層次結構；○同一節點的相鄰層之間通過接口實現通信；○同一節點的相鄰層之間，下層為上層提供服務，上層使用下層提供的服務；○每層實現相對獨立的功能，不同節點的同等層具有相同的功能；○不同節點的同等層按照協議實現對等層之間的通信遵循該模型的計算機網絡系統均具有以下特征：39OSI參考模型的各層功能如下：物理層物理層是OSI參考模型的最底層。物理層不是物理傳輸介質，而是物理傳輸介質與數據鏈路層之間的接口。物理層提供物理連接服務，在物理傳輸介質之上為數據鏈路層提供0、1比特流的傳輸，并保證0、1信號按原順序傳輸給對方。此外，物理層還提供了物理連接的建立、保持和拆除活動中的機械、電氣、功能和規程特性。其中，機械特性是指網絡接口的形狀等。電氣特性是指信號電壓、持續的時間等。功能特性是指物理設備的具體功能。規程特性是指實現功能的動作序列或動作規則。OSI參考模型的各層功能如下：物理層40數據鏈路層數據鏈路層是OSI參考模型的第二層。數據鏈路層是在物理層提供的服務基礎上，將比特流組織成幀，傳輸以幀為單位的數據信息。此外，數據鏈路層要實現物理尋址、差錯控制、流量控制、接入控制等功能，以保證為網絡層提供無差錯的透明傳輸，兩個節點間傳送信息時發送速度和接收速度的匹配，同時當多個節點共享通信鏈路時，數據鏈路層能確定在什么時間由哪一個節點發送數據。數據鏈路層41網絡層網絡層是OSI參考模型的第三層。與數據鏈路層不同的是，數據鏈路層只是實現同一個網絡中的相鄰節點之間的鏈路管理及幀傳輸問題，而網絡層，在數據鏈路層提供的服務基礎上，還需要實現不同網絡中的節點間的數據包傳輸問題。如何選擇傳輸路徑，提高傳輸效率，是網絡層的路由選擇功能需要解決的問題。網絡層還實現邏輯地址