系列文章目录

①——计算机网络基础

---

课本： 《路由交换技术详解与实践》 新华三大学编著 清华大学出版社

一 计算机网络概述

1.1 计算机网络

计算机网络：计算机网络是一组自治计算机互连的集合。
自治是指每个计算机都有自主权，不受别人控制；互连则是指使用通信介质进行计算机连接，并达到相互通信的目的。

通俗地讲，计算机网络就是把分布在不同地理区域的独立计算机以及专门的外部设备利用通信线路连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。

1.2 计算机网络的基本功能

• 资源共享
• 分布式处理与负载均衡
• 综合信息服务

1.2.1 资源共享

• 资源分为软件资源和硬件资源
• 软件资源包括形式多种多样的数据：数字信息、消息、声音、图像等；
• 硬件资源包括各种设备，如打印机、FAX（传真）、Modem （调制解调器，即猫）等。

网络的出现使交流的双方可以跨越时空的障碍，随时随地传递信息、共享资源。

1.2.2 分布式处理与负载均衡

分布式处理(Distributed Processing)与负载均衡(Load Balancing)：通过计算机网络，海量的处理任务可以分配到分散在全球各地的计算机上。

例如：一个大型 ICP (Internet Content Provider网络内容服务商)网络访问量相当大，为了支持更多的用户访问其网站，在全世界多个地方部署了相同内容的 WWW(World Wide Web，万维网)服务器；通过一定技术使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面，这样可以实现各服务器的负荷均衡，并使得通信距离缩短。

1.2.3 综合信息服务

综合信息服务：即在一套系统上提供集成的信息服务。

在多元化发展的趋势下，新形式的网络应用不断涌现，如电子邮件(E-mail)、IP电话视频点播(Video On Demand，VOD)网上交易(E-marketing)、视频会议(Video Conferencing)等。
目前广泛使用的 IP电话，就是利用 IP 作为传输协议通过网络技术将语音集成到 IP网络上来，实现在基于IP的网络上进行语音通信，极大地节省了长途电话费用，丰富了语音业务类型。同样，视频信息也可以集成到IP网络上传输，实现可视电话和视频会议等应用。

二 计算机网络的演进

• 1837年，美国的Samuel F.B. Morse和英国的Charles Wheatstone、William Cooke率先发明了电报。将每个字母规定成长短不同的电脉冲信号。
• 1876年，Alexander Graham Bell 进一步实现了通过导线传送声音的功能，成功构造了第一个电话系统。
• 1945年，世界上第一台电子计算机ENIAC(电子数字计算机)诞生了
• 1946年。贝尔实验室的John Bardecn、 Walter Brattain和 William Shockley)采用晶体管取代了真空管
• 为了处理更多的运算，批量地处理任务，人们开始考虑通过借助传统的电话线路，使用终端(如电传打字机、收发器等)远程访问计算机，由此而发展出计算机网络的雏形——主机互连形式。

2.1 主机互联时期

1. 主机互联产生于20世纪60年代初期，是是计算机网络的最初雏形
2. 基于主机(Host)之间的低速串行(Serial)连接的联机系统。
3. 终端借助电话线路访问计算机，由于计算机发送/接收的为数字信号，电话线传输的是模拟信号，这就要求在终端和主机间加入调制解调器(Modem)，进行数/模间的转换。

4. 它的主要任务是通过远程终端与计算机的连接，提供应用程序执行、远程打印和数据服务等功能。
5. 为了降低电话通信的连接费用，人们通过在终端与调制解调器之间加一个集中器(Concentrator)实现端口的复用，主机减少直接占用电话网连接线路的数量
6. 例子：IBM的SNA(Systems Network Architecture，系统网络体系结构)，网络中SNA 网关提供端到大型计算机的访问，目前我国的很多银行网络采用的就是 SNA结构。
7. 缺点：电话通信网络并不适合传送计算机或终端的数据。

首先，用户所支付的通信线路费用是按占用线路的时间计算的，而在整个计费时间里，计算机的数据是突发式地和间歇性地出现在传输线路上；
其次，由于计算机和各种终端的传送速率很不一样，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信。

措施：数据经过一些缓冲器暂存，经处理后再进行发送或接收；计算机通信需要采取有效的差错控制技术，寻找出新的适合于计算机通信的技术

2.2 局域网时期

1. 20 世纪 70 年代，商业计算的复杂性要求大量终端设备的资源共享和协同操作，导致对本地大量计算机设备进行网络化连接的需求，局域网(Local Area Network，LAN)由此产生了。
2. 当今网络采用的主要局域网技术是以太网。
   1973 年，Xerox 公司的 Robert Metcalfe 博士(以太网之父)提出并实现了最初的以太网。
   DEC、Intel 和Xerox合作制定了一个产品标准，该标准最初以这三家公司名称的首字母命名称做 DIX以太网。其他流行的局域网技术还有IBM的牌环技术等。
3. 局域网的出现，大大降低了商业用户高昂的成本。
   

2.3 互联网时期

单一的局域网无法满足对网络的多样性要求，20 世纪 70 年代后期广域网技术逐渐发展起来，以便将分布在不同地域的局域网互相连接起来。1983年，ARPANET 采纳TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)和IP(Internet Protocol，网际协议)协议作为其主要的协议簇，使大范围地网络互连成为可能。彼此分离的局域网被连接起来，形成了互联网(Internet)，‘

2.4 因特网时期

20世纪80年代到90年代是网络互连发展时期。在这一时期，ARPANET网络的规模不断扩大，包含了全球无数的公司、校园、ISP(Internet Service Provider)和个人用户，最终演变成今天的延伸到全球每一个角落的因特网(Internet)，如图1-5所示。1990年，ARPANET正式被Internet取代，退出了历史舞台。越来越多的机构、个人参与到Internet中来，使得Internet获得了高速发展。

三 计算机网络的类型

3.1 按照地域的形势分类

按计算机网络覆盖范围的大小，可分为

• 局域网(Local Area Network，LAN)
• 城域网(Metropolitan Area Network，MAN)
• 广域网(Wide Area Network，WAN)。

3.1.1 局域网（LAN）

1. 局域网通常指几千米范围以内的，可以通过某种介质互连的通信设备（计算机、打印机、 odem或其他设备）的集合。
2. 是用户自行建设，使用私有地址组建的网络。
3. 传输速度：传统局域网的传输速率为10～100Mbps，传输延迟小(几十微秒)，出错率低。而新的局域网传输速率可超过1Gbps。
4. 优点：由于局域网分布范围极小，①容易管理与配置 ②容易构成简洁规整的拓扑结构③网络延迟小(一般在几十微秒以下)④数据传输速率高⑤传输可靠⑥拓扑结构灵活
   使之得到广泛的应用，成为了实现有限区域内信息交换与共享的典型有效的途径。
5. 应用：通常为一个组织所有，常用于连接公司办公室或企业内的个人计算机和工作站，以便共享资源(如打印机、数据库等)和交换信息。

3.1.2 城域网（MAN）

1. 城域网是在一个城市范围内所建立的计算机通信网
2. 规模：中等规模，介于局域网和广域网之间，通常是在一个城市内的网络连接(为10km左右)。
3. 技术：目前主要采用IP技术和ATM技术
   城域网划分为“城域网城域部分”和“城域网接入部分”。城域网城域部分为运营商网络，由运营商统一规划与建设，又可分为城域核心层和城域汇接层。城域核心层主要完成城域网内部信息的高速传送与交换，实现与其他网络的互连互通，而城域汇接层主要完成信息的汇聚与分发。
   城域网接入部分可由运营商、企业，建筑商以及物业管理部门建设，其不仅仅提供传统意义上的接人功能，还可能需要向用户提供本地业务。城域网接入部分又分为接人汇接层和用户接人层，接人汇接层完成信息的汇接与分发，实现用户管理，城域网接入部分的业务提供、计费等功能，而用户接入层为用户提供具体的接入手段。·

3.1.3 广域网（WAN）

广域网在超过局域网的地理范围内运行,分布距离远,它通过各种类型的串行连接以便在更大的地理区域内实现接入。通常,企业网通过广域网线路接入到当地 ISP。广域网可以提供全部时间或部分时间的连接,允许通过串行接口在不同的速率工作。广域网本身往往不具备规则的拓扑结构。由于速度慢,延迟大,人网站点无法参与网络管理,所以,它要包含复杂的互连设备(如交换机、路由器)处理其中的管理工作,互连设备通过通信线路连接构成网状结构(通信子网)。其中,入网站点只负责数据的收发工作; 广域网中的互连设备负责数据包的路由等重要管理工作。广域网的特点是数据传输慢(典型速率为 56Kbps~155Mbps)延迟比较大(几毫秒)拓扑结构不灵活,广域网拓扑很难进行归类，一般多采用网状结构，网络连接往往要依赖运营商提供的电信数据网络。

3.2 网络拓扑结构

3.2.1 总显形（Bus）拓扑

3.2.2 星型（Star）拓扑

3.2.3 环型（Ring）拓扑

3.2.4网状（Mesh）拓扑

3.3 数据交换（数据传输技术）

3.3.1 电路交换

3.3.2 分组交换

四 衡量计算机网络的主要指标

4.1 带宽

4.2 延迟

五 网络标准化组织