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1、计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物计算机网络概述第1章 计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物，随着计算机技术和通信技术的发展，计算机网络技术也在飞速地向前发展。如今，计算机网络已经成为信息存储、传播和共享的有力工具，成为信息交流的最佳平台。了解计算机网络知识，掌握计算机网络技术已经成为当今社会成员在网络化和数字化世界生存的基本条件。实践证明，合理、巧妙地利用计算机网络可以极大地提高效率，缩短时空距离。1.1 计算机网络的形成与发展计算机网络是由计算机设备、通信设备、终端设备和网络软件等组成的大的计算机系统，计算机网络中的

2、各个计算机系统都具有独立的功能，它们在脱离网络时仍然可以单独使用。1.1.1 计算机网络的形成1计算机网络的基本概念所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置、具有独立功能的多个计算机系统利用通信设备和通信线路互连起来，并通过功能完善的网络软件实现网络中的资源共享和信息传递的系统。由以上的概念可以看出，一个计算机网络应包括如下3个要素。（1）多个具有独立功能的计算机系统（为用户提供服务和所要共享的资源）。（2）由各种通信设备和通信线路组成的通信子网。（3）功能完善的网络软件（为用户共享网络资源和信息传递提供管理和服务）。建立计算机网络的目的就是实现资源共享和信息传递。2计算机网络的形成任何一种新技

3、术的出现都必须具备两个条件，即强烈的社会需求与先期技术的成熟，计算机网络技术的形成与发展也证实了这条规律。随着计算机应用的发展，出现了多台计算机互连的需求，这种需求主要来自军事、科学研究等领域，人们希望将分布在不同地点的计算机通过通信线路连接起来，用户不仅可以使用本地计算机的资源，也可以使用联网的其他计算机的资源，以达到计算机资源共享的目的。在计算机发展的早期阶段，计算机所采用的操作系统多为分时系统。分时系统将主机时间分成片，然后分配给用户一定的时间片。分时系统允许每一个用户通过只有显示器和键盘的哑终端来使用主机。哑终端很像微机，但它没有自己的CPU、内存储器和硬盘。依靠哑终端，成百上千的用户

4、可以同时访问主机。由于时间片很短，使用户产生了错觉，以为主机完全为自己所用。后来，为了支持远程用户和提高主机的使用效率，哑终端逐渐发展成为具有基本处理能力的脱机终端，脱机终端本身具有一定的处理能力，它对用户下达的任务进行简单处理之后，以批处理的方式与主机通信，这样，就形成了计算机网络的雏形。1.1.2 计算机网络的发展计算机网络的发展可以概括为4个主要阶段，即计算机网络的产生阶段、多标准共存的蓬勃发展阶段、统一标准的互联网阶段和信息高速公路阶段。1第一阶段：计算机网络的产生阶段（面向终端的远程联机系统）计算机网络的雏形是面向终端的远程联机系统。在20世纪50年代初，由于美国军方的需要，建立了半

5、自动化地面防空系统，该系统进行了计算机技术与通信技术相结合的尝试，它将远距离的雷达和其他设备的信息，通过通信线路汇集到一台计算机上，第一次实现了计算机远距离集中控制和人机对话。这就是最早的所谓的计算机网络，它可以把地理位置上分散的多个终端通过通信线路连接到一个中心计算机上，用户可以在自己的办公室内的终端上输入数据和程序，通过通信线路传输到中心计算机上，分时访问和使用中心计算机的资源，进行信息处理，并将处理结果再通过通信线路送回用户终端显示和打印。由于终端不具有独立的处理能力，因此面向终端的远程联机系统并不是真正意义上的计算机网络，只是计算机网络的萌芽阶段，这个阶段的发展时期为20世纪50年代初

6、到60年代中期。当初主机的设计主要是进行数据处理，在主机开始连接远程终端时，数据处理和通信处理都要由主机来完成，这就大大增加了主机的负担，降低了主机的数据处理效率。前端处理机的出现，使得数据处理和通信处理两项功能分别由计算机和通信设备来实现，从而提高了计算机资源和通信资源的利用率。20世纪60年代美国航空公司建立了航空订票系统，该系统以一台大型计算机为中心计算机，与分散在全美国的2 000多个终端相连接，这是一个典型的面向终端的远程联机系统。计算机网络产生阶段的主要特点是以主机为中心，面向终端，终端一般没有自主处理能力。2第二阶段：多标准共存的蓬勃发展阶段这一阶段研究的典型代表是ARPANET

7、（通常称为ARPA网，ARPA的全称是美国国防部高级研究计划局）。1969年美国国防部高级研究计划局提出将多个大学、公司和研究所的多台计算机互连的课题。1969年建成了著名的远程分组交换式网络ARPANET，开始时ARPA网只有4台主机相连接，1973年发展到40台主机相连接，到1983年已经有100多台不同型号的大型计算机连接在网内，它横跨美国东西部地区，连接了美国主要的政府机构、科研、教育及财政金融部门，并通过卫星与其他国家实现了网际互联。ARPANET是计算机网络技术发展的一个重要里程碑，它对推动计算机网络的发展具有深远的意义。当时它已经能够将分布在不同地理位置且能独立工作的计算机，利用

8、通信线路和通信设备连接起来，彼此交换数据、传递信息，不仅可以共享主机的资源还可以共享其他用户的资源。20世纪70年代末，随着微机应用的推广，微机联网的需求也随之增大，各种基于微机互连的局域网纷纷出台。这个时期局域网系统的典型结构是在共享介质通信平台上的共享文件服务器结构，即为所有联网微机设置一台专用的可共享的网络文件服务器。每个微机用户的主要任务仍在自己的微机上进行，仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文件服务器，这体现了计算机网络中各计算机之间的协同工作，这种基于文件服务器的网络对网内计算机进行了分工，微机面向用户，服务器专用于提供共享文件资源，所以它实际上就是一种客户机/服务器模式。这

9、个阶段的发展时期为20世纪60年代末到70年代后期。3第三阶段：统一标准的互联网阶段ARPANET第一次完整地实现了分布式的资源共享，为计算机网络的发展奠定了基础，显示了计算机网络的优越性，促使许多国家开始组建规模较大的网络。同时，各大计算机公司和计算机研制部门都投入大量的人力、财力进行计算机网络体系结构的研究。1974年IBM公司率先提出了系统网络体系结构SNA。1975年DEC公司提出了面向分布式网络的数字网络体系结构DNA。1976年UNIVAC公司提出了分布式控制体系结构DCA。其他国家和公司也纷纷提出自己的网络体系结构，思想大同小异。同一体系结构的网络产品容易实现互联，而不同体系结构

10、的产品却很难实现互联。这个时期出现的网络技术和标准种类很多，由于商业利益的驱动，各公司都想使自己的技术成为工业生产标准，争夺的结果导致网络产品彼此互不兼容，用不同公司的产品构建的网络很难或根本无法互通，用户一旦投资使用某家公司的产品便被套牢，否则以前的投资就会付诸东流。为了使不同体系结构的网络都能互联，国际标准化组织（ISO）于1977年成立了专门机构来研究和制定网络通信标准，以实现网络体系结构的标准化。国际标准化组织于1984年正式颁布了一个能使各种计算机在世界范围内互联的“开放系统互联参考模型OSI/RM”，从而使计算机网络体系结构实现了标准化。该参考模型为研究、设计、改造和实现新一代计算

11、机网络系统提供了功能上和概念上的框架，是一个具有指导性的标准。从此，开始了第三代计算机网络的新纪元，是计算机网络发展的成熟阶段。这个阶段的发展时期为20世纪70年代末到整个80年代。4第四阶段：信息高速公路阶段从20世纪80年代末开始，计算机技术、通信技术及建立在互联网技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛发展。各国信息基础设施的纷纷建立，多媒体网络及宽带综合业务数字网（B-ISDN）的开发和应用，智能网的发展，分布式计算机系统的研究，相继出现的百兆以太网、千兆以太网、万兆以太网等高速以太网技术，快速分组交换技术，光纤宽带网络技术等一系列新技术，都促使了计算机网络的飞速发展，使计算机网络技术进入

12、了一个崭新的阶段。目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。有一点要提的是，国际标准化组织制定的OSI七层模型的目的是想使计算机网络世界有一个统一的标准，网络生产厂商们也认识到统一网络技术标准的好处，即可以打破封闭网络的束缚，为网络产品带来更大的市场空间。进入20世纪90年代，国际标准化组织的这种努力效果并不明显，而这时的ARPANET经过20多年的发展，已经具有较大的规模，并更名为Internet。1990年美国军方宣布关闭ARPANET，同时政府允许私营公司经营Internet主干网，另一个促使Internet高速

13、发展的原因是WWW技术的发明，它使Internet上的信息可以连成一体，并使网络的使用简单化。精明的商人们看到了巨大的网络商机，因此大量的投入使Internet在20世纪90年代每年以指数级增长，并最终实现了计算机网络世界的大同。具有讽刺意味的是国际标准化组织的目标由Internet实现了，其中的主要原因是OSI标准过于复杂，另外就是低估了市场的作用。Internet成为事实上的标准后，计算机网络进入了具有统一标准的持续快速发展阶段。这背后更为深远的意义是，人们不必再为网络的互联费尽心思，可以放心地去研究各种网络的应用，使网络为人们的生活带来更多的惊喜和快乐。第四代计算机网络的特点是网络高速化

14、和业务综合化。网络高速化可以有两个特征：网络宽频带和传输低时延（低延迟）。使用光纤等高速传输介质和高速网络技术，可实现网络的高速率；快速交换技术可保证传输的低时延。网络业务综合化是指一个网中综合了多媒体（语音、视频、图像、数据等）的信息，它的实现依赖于多媒体技术。5计算机网络的发展趋势进入21世纪，计算机网络正在向着综合化、宽带化、智能化和个性化方向发展。信息高速公路概念的提出为人们展示了信息化社会的美好前景，它向用户提供声音、图像、图形、数据和文本的综合服务，实现用户之间的多媒体通信，是网络发展的目标。在20世纪的最后几年中，人们惊喜的发现，电话、收音机、电视机以及计算机和通信卫星等领域正在

15、迅速的融合，信息的获取、存储、处理和传输之间的“孤岛现象”随着计算机网络和多媒体技术的发展而逐渐消失，曾经独立发展的电信网络、电视网络和计算机网络已在不断融合（三网融合），新的信息产业正以强劲的势头迅速崛起。相信由“三网融合”到真正的“三网合一”会是今后网络发展的一种趋势。6计算机网络与计算机通信网络的区别 广义的观点产生于计算机网络发展的第一阶段向第二阶段的过渡时期，比资源共享的观点提出的早。面向终端的远程联机系统的发展为计算机应用开辟了新的领域。随着计算机应用的发展，一个大公司或一个部门常常会拥有多台计算机系统，而且这些计算机系统分散在不同的地点，它们之间要经常进行业务信息交换，各地区子公

16、司的计算机将局部地区的数据汇集后传送到总公司计算机。广义的观点描述了这种以传输信息为主要目的、用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合，人们将它定义为计算机通信网。计算机通信网在物理结构上具有了计算机网络的雏形，但它以相互间的数据传输为主要目的，资源共享能力弱，是计算机网络的低级阶段。7计算机网络与分布式系统的区别分布式系统（Distributed System）与计算机网络是两个常被混淆的概念。以用户透明性观点定义计算机网络为“存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。”严格地说，用户透明性观点的

17、定义描述了一个分布式系统。Enslow 在对分布式系统定义时强调了分布式系统的5个特征。（1）系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态的给它们分配任务。（2）系统中分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换。（3）系统存在一个以全局方式管理系统资源的分布式操作系统。（4）系统中联网的各计算机既合作又自治。（5）系统内部结构对用户是完全透明的。从以上讨论中可以看出，二者的共同之处表现在，大部分分布式系统是建立在计算机网络之上的；二者的区别主要表现在分布式操作系统与网络操作系统的设计思想、结构、工作方式和功能的不同。组建一个计算机网络需要有网络硬件与网络系统软件，我们把网络系统软件称作网络操

18、作系统。目前网络操作系统要求网络用户在使用网络资源时必须了解网络资源分布情况。在共享某一台计算机资源时，首先要在这台计算机上登录，在成为该计算机的合法用户后，才能进行允许的资源共享操作，而分布式操作系统以全局方式管理系统资源，自动为用户调度资源。分布式系统的用户不必关心网络环境中资源的分布情况以及联网计算机的差异，用户的作业管理与文件管理过程对用户是透明的。计算机网络是一种松耦合系统，而分布式系统是一种紧耦合系统。分布式系统与计算机网络的区别主要不在于它们的物理结构，而是在高层软件。计算机网络为分布式系统研究提供了技术基础，而分布式系统是计算机网络技术发展更高级的形式。1.1.3 计算机网络的

19、功能计算机网络的功能可以归纳为6个方面。1资源共享资源共享是网络的基本功能之一。计算机网络的基本资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。共享资源即共享网络中的硬件、软件和数据资源。网络内的用户可以共享的硬件资源一般是指那些其他用户的硬件设备或网络中的特别昂贵的硬件设备或一些特殊的硬件设备，如海量存储器、绘图仪、激光打印机等。网络内的用户可以共享其他用户或主机的软件资源，避免在软件建设上的重复劳动和重复投资，这样可以提高网络的经济性。可以共享的软件包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序及其他控制程序等。计算机网络技术可以对大量分散的数据进行迅速集中、分析和处理，同时也为充

20、分利用这些数据资源提供了方便。分散在不同地点的网内计算机用户可以共享网内的大型数据库，而不必要再去重新设计和创建这些数据库。2信息传递信息传递也是计算机网络的基本功能之一。在网络中，通过通信线路可实现主机与主机、主机与终端之间数据和程序的快速传输。3实时的集中处理在网络中可以把已存在的许多联机系统有机的连接起来，进行实时地集中管理，使各部件协同工作，并行处理，从而提高系统的处理能力。4提高可靠性单个计算机或系统难免会出现暂时的故障，致使系统瘫痪。通过计算机网络，可以提与计算机系统相似，计算机网络也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。（1）网络硬件系统计算机网络的硬件主要包括主计算机、终端、通信

21、控制处理机、调制解调器、多路复用器、集线器和通信线路等。 主计算机主计算机简称主机，它负责网络中的数据处理、执行网络协议、进行网络控制和管理等工作，也包括供用户共享访问的数据库的管理，它与其他主计算机系统联网后构成网络中的主要资源，它可以是单机系统，也可以是多机系统。主机应包含具有完成成批、实时和交互式分时处理能力的硬件和操作系统，应有通道部件和相关接口。在分布式网络中还要考虑程序的兼容性和可移植性问题，应有虚拟存储系统和数据库管理功能等。 终端终端是用户访问网络的设备，除了一般具有键盘和显示及打印功能的设备外，还有汉字输入/输出终端、智能终端、虚拟终端等。终端的主要作用是把用户输入的信息转变

22、为适合传送的信息送到网络上，或把网络上其他节点输出的经过通信线路的信息转变为用户所能识别的信息。智能终端还具有一定的运算、数据处理和管理能力。虚拟终端（Virtual Terminal，VT）是网络中的一个重要概念。由于实际终端多种多样，其所用代码、信息格式、传输速率等各不相同，因此，在进行网络设计时无法对各种实际终端的复杂情况通盘考虑，而是按一个假设的统一的标准终端来考虑，这种假设的标准终端就是虚拟终端。虚拟终端接口是一个特殊的功能接口，它与实际终端相连接。该接口可将各种实际终端映射到虚拟终端上，这种映射关系可用一个典型的应用程序来实现。不管有多少种复杂的实际终端，只要有了虚拟终端及网络中主

23、机能支持的这种应用程序，就可使整个网络的设计工作大大简化，从而解决了一个计算机网络无法支持各种不同类型终端的问题。 通信控制处理机通信控制处理机也称通信控制器，在某些网络中也称为前端处理机（Front End Processor，FEP）、接口信息处理机（Interface Message Processor，IMP）等，它是一种在数据通信系统或计算机网络系统中执行通信控制与处理功能的专用计算机，通常由小型机或微型机组成，大型网络采用专用通信设备，其主要作用就是承担通信控制和管理工作，减轻主机负担。通信控制和管理工作通常包括信息交换、差错控制、代码变换、格式变换、报文分组或重装、路由选择等。

24、调制解调器调制解调器（Modem）是把DTE（Data Terminal Equipment）与模拟通信线路连接起来的一种接口设备。调制解调器的种类很多，有基带的、宽带的；无线的、有线的；音频的、数字的；低速的、高速的；同步的、异步的等，一般常用的就是利用电话线作为传输介质的音频Modem。借助于调制解调器，就可以进行远距离通信，并可实现多路复用。 多路复用器采用多路复用技术可使多个信号共用一个通道，这样就能使信道容量尽可能地被充分利用。多路复用器就是具有多路复用功能的设备，通常有频分多路复用器和时分多路复用器。利用多路复用器可实现多路信号的同时传输，提高信道利用率。 通信线路通信线路是传输信

25、息的载波媒体。通信线路也叫通信信道（Channel）或通信链路（Link）。计算机网络中的通信线路有有线线路（包括双绞线、同轴电缆、光纤等）和无线线路（包括微波线路和卫星线路等），这部分内容将在4.1节进行详细介绍。 网络互联设备现在大多数网络都是由一种或多种网络互联设备将两个或两个以上的网络连接起来，构成一个更大的互联网络系统。常用的网络互联设备有网桥、路由器、交换机和网关等。（2）网络软件系统在计算机网络系统中，每个用户都可享用系统中的各种资源，因此，系统必须能按用户的要求为用户提供相应的服务，对所涉及的信息数据进行控制和管理。网络中的这些服务、控制和管理工作都是由网络软件系统完成的。由于

26、计算机网络系统结构和网络硬件的多样性和复杂性，使网络软件系统所面临的问题多而复杂，涉及的范围广而丰富。网络软件呈现具有多样化、难于标准化等特点，网络软件系统的这些特点决定了它的基本结构。网络软件系统也可看成是一种层次结构，但由于用户对网络软件的性能要求越来越高，网络软件系统也越来越复杂，各类网络软件的联系也越来越密切，有更多的交叉和渗透。所以，各类软件系统之间的层次关系也就越来越不明显了，对许多网络软件来说，很难把它们划分在哪一个确定的层次上。计算机网络软件系统大致可分为5类：网络操作系统软件、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件、网络应用软件。 网络操作系统网络操作系统（Network

27、Operating System，NOS）是与单机操作系统相对而言的，是指具有网络功能的操作系统，主要指服务器操作系统。服务器操作系统是指安装在服务器上，为其他计算机提供服务的操作系统。常见的服务器操作系统有Windows NT 、Windows 2000 Server、UNIX、Linux等，与单机操作系统相比，服务器操作系统运行非常稳定、提供的网络服务也很多。服务器操作系统除了具有常规操作系统所具有的功能外，还具有网络通信管理功能、网络范围内的资源管理功能和网络服务功能，具有账户管理、安全管理系统监控等多种普通操作系统不具有的功能。网络操作系统是为计算机网络配置的操作系统，它是网络软件系统

28、的基础，与网络的硬件结构相联系。网络中各计算机都有自己的操作系统，而网络操作系统可把它们有机地联系起来。有的网络操作系统是在计算机单机操作系统基础上建立起来的，有的网络操作系统把单机操作系统和网络功能结合起来。例如，Windows 2000 Professional、Windows XP等既可做单机操作系统，又可用于建立对等网络；而Windows NT/2000可以在单机上运行，同时又是网络操作系统。 网络协议软件协议（Protocol）是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能最基本的机制。协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。网络是一个非常复杂的通信系统，类似于我们的城市交通

29、。想象一下，如果没有交通规则，交通会变成什么样子？肯定是一团糟。协议就是一整套的交通规则，如果没有它，网络就无法正常通信。可以说，没有协议就没有网络，协议是网络的灵魂。网络协议软件是计算机网络中通信各部分之间所必须遵守的规则的集合，它定义了通信各部分交换信息时的顺序、格式和词汇。网络协议软件是网络软件系统中最重要、最核心的部分。计算机网络体系结构都是由协议决定的，而网络管理软件、网络通信软件以及网络应用软件等都要通过网络协议软件才能发挥作用。网络协议软件的种类很多，不同体系结构的网络系统都有支持自身系统的协议软件，体系结构中不同层次上又有不同的协议软件。网络协议并不是一套单独的软件，而是融合于

30、其他所有的软件系统中，如网络操作系统、网络数据库系统、网络应用软件等，因此可以说，协议在网络中无所不在。各种各样的网络协议不下上百种。读者只要掌握其中的几种协议就可以了，如TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE 802标准协议系列、X.25协议等。 网络管理软件网络管理软件提供性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理和网络运行状态监视与统计等功能。在不同类型、不同结构的网络中，可选择相应的网络管理软件。 网络通信软件网络通信软件可使用户在不必详细了解通信控制规程的情况下，能很容易地控制自己的应用程序与多个站点进行通信，并对大量的通信数据进行加工和处理。目前，主要的通信软件都能很

31、方便地与主机相连接，并具有完善的传真功能、文件传输功能和自动生成原稿功能等。 网络应用软件网络应用软件是在网络环境下，直接面向用户的软件。计算机网络通过网络应用软件为用户提供信息资源的传输和资源共享服务。应用软件可分为两类：一类是由网络软件厂商开发的通用应用工具，如电子邮件、Web服务器及相应的浏览和搜索工具等；另一类是依赖于不同的用户业务的软件，如网络上的金融业务、电信业务管理、交通控制和管理、数据库及办公自动化等软件，其中数据库是网络应用的重要功能，数据库软件就是管理数据库的软件系统。常见的数据库软件有SQL Server、Oracle、Visual FoxPro等。随着网络技术的发展，如

32、今的各种应用软件都考虑在网络环境下的应用问题。1.2.2 计算机网络的分类从不同的角度，按照不同的属性，计算机网络可以有多种分类方式。下面介绍几种常见的分类。1按计算机网络覆盖的范围进行分类由于网络覆盖范围和计算机之间互联距离的不同，所采用的网络结构和传输技术也不同，因而形成了不同的计算机网络，一般可以分为以下3种类型。（1）局域网（Local Area Network，LAN）。局域网是网络地理覆盖范围有限，一般为几千米，通常在一个企业、学校机关内使用。局域网组网方便、使用灵活，传输速率较高，是目前计算机网络发展中最活跃的分支。由于光纤技术的出现，局域网实际的覆盖范围已经大大增加。（2）广域网（Wide Area Network，WAN）。广域网覆盖的范围大，一般可从几十千米到几万千米，甚至更远，可以覆盖一个国家或地区，甚至可以横跨几个洲，形成国际性的远程网。广域网内用于通信的传输设备和传输介质，一般是由电信部门提供，网络由多个部门或多个国家联合组建而成，网络规模大，能实现较大范围内的资源共享。因特网就是典型的广域网