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术语表

计算机网络在信息时代的作用*

21 世纪的重要特征：数字化、网络化、信息化。21 世纪是以网络为核心的信息时代。

三网：电信网络、有线电视网络和计算机网络。 其中发展最快并起核心作用的是计算机网络。 网络融合：计算机网络不仅能够传送数据，同时也能够向用户提供打电话、 听音乐和观看视频节目的服务， 而电信网络和有线电视网络也都能够连接到计算机网络上。

计算机网络向用户提供的最重要功能有：
• 连通性。计算机网络使上网用户之间都可以交换信息， 好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。 用户之间的距离也似乎因此而变得更近了。
• 资源共享。包括信息共享、软件共享、硬件共享。 例如计算机网络上有许多主机存储了大量有价值的电子文档， 可供上网的用户自由读取或下载（无偿或有偿）。 由于网络的存在，这些资源好像就在用户身边一样。

因特网概述

因特网是人类自印刷术发明以来在通信方面最大的变革。现在人们的生活、 工作、学习和交往都已离不开因特网。

网络的网络

网络 (network) 由若干结点 (node) 和连接这些结点的 链路 (link) 组成。结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。 网络通过路由器互连起来，形成“网络的网络” (network of networks)， 即互联网 (互连网, internet)。因特网 (Internet， 首字母大写) 是世界上最大的互联网。 连接在因特网上的计算机称为主机 (host)。

因特网发展的三个阶段

• 从单个网络向互联网发展。 1969 年美国国防部创建第一个分组交换网 ARPANET。 1983 年，TCP/IP 协议成为 ARPANET 的标准协议， 一般认为因特网诞生于 1983 年。 1990 年，ARPANET 的实验任务已经完成，正式宣布关闭。
• 建成三级结构的因特网。 1985 年起，NSF 开始围绕六个大型计算机中心建设 NSFNET。 NSFNET 是一个三级计算机网络，分为主干网、地区网、 校园网（或企业网），覆盖了美国主要的大学和研究所。
• 逐渐形成多层次 ISP 结构的因特网。 1991 年后，世界上许多公司纷纷接入到因特网，网络通信量急剧增大， 美国政府决定将因特网主干网转交私人公司经营， 并对接入因特网的单位收费。 由此出现了因特网服务提供商 (ISP, Internet Service Provider)。中国电信、中国移动、 中国联通就是我国知名的 ISP。

因特网上的主机必须有 IP 地址才能上网。 IP 地址管理机构把一批 IP 地址有偿租赁给 ISP，用户只要向 ISP 交纳费用，就可获取 IP 地址使用权。 “上网”就是指用户通过从某个 ISP 获得的 IP 地址接入到因特网。

ISP 按其规模分为：
• 主干 ISP。一般能覆盖全国范围，拥有高速主干网 （≥ 10 Gb/s）。
• 地区 ISP。通过一个或多个主干 ISP 连接起来。
• 本地 ISP。给端用户提供直接服务，可以连接到地区 ISP 或主干 ISP。本地 ISP 可以是一个提供因特网服务的公司、 一个拥有网络并向自己的雇员提供服务的企业， 或一个运行自己网络的非营利机构（学校等）。

因特网交换点 (IXP, Internet eXchange Point) 允许两个网络直接相连并交换分组，如两个地区 ISP 通过一个 IXP 相连后， 就不必通过最上层的主干 ISP 来交换分组。IXP 带来的好处是使因特网上的数据流量分布更合理， 减少了分组转发的时延，降低了分组转发的费用。

20 世纪 90 年代，由欧洲原子核研究组织 (CERN) 开发的 万维网 (WWW, World, Wide Web) 被广泛应用于因特网， 大大方便了非网络专业人员的网络的使用，使得因特网呈指数级迅猛发展。

因特网的标准化

1992 年，因特网协会 (ISOC, Internet Society) 成立， 旨在对因特网进行全面管理，并促进其在世界范围的发展和使用。 ISOC 下设因特网体系结构委员会 (IAB, Internet Architecture Board)，管理因特网协议的开发。IAB 下设：
• 因特网工程部 (IETF, Internet Engineering Task Force)。 IETF 是由许多工作组 (WG, Working Group) 组成的论坛， 具体工作由因特网工程指导小组 (IESG, Internet Engineering Steering Group) 管理。主要任务是协议的开发和标准化。
• 因特网研究部 (IRTF, Internet Research Task Force)。 IRTF 是由一些研究组 (RG, Research Group) 组成的论坛， 具体工作由因特网研究指导小组 (IRSG, Internet Research Steering Group) 管理。主要任务是进行理论研究， 探索一些需要长期考虑的问题。

因特网的标准都是以 RFC (Request For Comments, 请求评论) 的形式在因特网上发表的，它们均可免费下载。 制定因特网标准要经过以下阶段：
• 因特网草案 (Internet Draft)。 有效期为 6 个月。
• 建议标准 RFC (Proposed Standard)。 从这个阶段起就成为 RFC 文档。
• 草案标准 RFC (Draft Standard)。
• 因特网标准 RFC (Draft Standard)。
除以上三种 RFC 外，还有历史的、实验的和提供信息的三种 RFC。

因特网的组成

从工作方式上，因特网可以分为
• 边缘部分，由所有连接在因特网上的主机组成，由用户直接使用， 进行通信和资源共享。
• 核心部分，由大量网络和连接这些网络的路由器组成， 为边缘部分提供服务（连通性与分组交换）。

边缘部分

连接在因特网上的主机又称端系统 (end system)。 当我们说“主机 A 和主机 B 进行通信”， 实际上是指这两台主机上的进程的通信。这又可简称为“计算机之间的通信”。 端系统之间的通信方式可分为客户－服务器方式 (C/S)和对等方式 (P2P)。

客户－服务器方式

客户 (client) 和服务器 (server) 是通信中涉及的两个应用进程， 也可以用来指分别运行这两个进程的主机；需要明确的场合下， 把运行客户程序和服务器程序的主机分别称为客户端（客户机）和服务端。

客户程序是服务请求方。它在被用户调用后运行，主动向服务器发起通信。 客户程序需要知道服务器的地址； 客户程序不需要特殊的硬件和很复杂的操作系统。

服务器程序是服务提供方。它在系统启动后便一直运行，被动等待并接受请求。 服务器程序不需要知道客户的地址； 服务器可同时处理多个客户的请求，一般需要强大的硬件和高级的操作系统。

对等连接方式

对等连接 (P2P, peer-to-peer) 方式又称 P2P 文件共享。 这种通信方式并不区分客户与服务器，主机之间通过 P2P 软件对等连接通信， 双方都可以下载对方的共享文档。对等连接中的每个主机既是客户又是服务器。 对等连接可支持大量（上百万个）对等用户同时工作。

核心部分

网络的核心部分的任务是向边缘部分的主机提供连通性和分组交换。

电路交换 (circuit switching)

这是电话交换机的交换方式。 用许多彼此连接的交换机完成全世界电信网的交换任务。 从通信资源的分配角度看，交换就是按照某种方式动态地分配传输线路。 以电路交换方式通信时，一般经过如下三步骤：
• 建立连接。 主叫端拨号建立连接，被叫用户听到振铃音并摘机后， 从主叫端到被叫端就建立了一条连接，即一条专用的物理通路。
• 通话。这条连接保证双方通话时所需的通信资源， 这些资源在双方通话时是独占的。即在通话的全部时间内， 通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。
• 挂机。交换机释放连接，把占用的通信资源归还给电信网。

计算机数据是突发式地出现在传输线路上的。 因而用电路交换来传送计算机数据效率往往很低。

报文交换 (message switching)

报文交换基于存储转发原理。在报文交换中心， 一份份电报被接收下来，并穿成纸带。操作员以报文为单位撕下纸带， 根据报文的目的地，用相应的发报机转发出去。 报文交换时延较长，从几分钟到几小时不等。

分组交换 (packet switching)

分组交换亦采用存储转发技术。沿用电报业用语， 将要发送的整块数据称为一个报文 (message)。先把较长的报文划分为小的等长的数据段，如 1024 bit。 在每个数据段首添加必要的控制信息（源地址，目的地址等）， 称为首部或包头 (header)。 数据段加上首部后就构成一个分组或包 (packet)。 分组是因特网中传送数据的单元。

路由器 (router) 是一种专用计算机（但不是主机）， 其任务是分组交换，即转发收到的分组。 这是网络核心部分最重要的功能。 因特网的核心部分由许多网络和把它们互连起来的路由器组成， 这些路由器之间一般用高速链路相连接。 因特网的边缘部分是大量的主机， 它们通常以相对较低速率的链路接入到核心部分。 在讨论因特网中分组转发的过程时，往往把单个网络简化为一条链路， 把路由器视为核心部分的结点。

路由器与主机的区别：主机是为用户进行信息处理的， 可以和其他主机通过网络交换信息。路由器则用来转发分组，即分组交换。

路由器的工作方式：路由器收到一个分组，先暂时存储下来，检查其首部， 查找转发表，按首部中的目的地址，从合适的接口转发出去。 分组存储在路由器的内存中而不是磁盘中，这保证了较高的交换速率。 路由器之间通过接力转递的方式，最终把分组交付目的主机。 各路由器之间必须经常交换彼此掌握的信息，以便创建和维护转发表， 在网络拓扑发生变化时，及时地更新转发表。

因特网的分组交换不必占用一条端到端的通信资源。 分组在某一段链路上传送时，才占用该链路的通信资源。 分组交换实质上采用了在数据通信过程中断续（或动态）分配传输带宽的策略， 这适合于突发式的计算机数据传输，大大提高了通信线路的利用率。

分组交换的优点
• 高效。在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路逐段占用；
• 灵活。为每一个分组独立选择转发路由；
• 迅速。以分组为传送单位，不必建立连接就能向其他主机发送分组；
• 可靠。由网络协议来保证可靠性；分布式的路由交换网使网络有很好的生存性。

分组交换的问题
• 时延。分组在各路由器存储转发时需要排队；
• 无法确保通信时端到端所需的带宽；
• 开销。各分组必须携带控制信息；整个分组交换网还需要专门机构管理。

三种交换方式的主要特点

电路交换

整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送；

报文交换

整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点；

分组交换

与报文交换类似，但以分组而不是整个报文为单位。

计算机网络在我国的发展*

计算机网络的类别*

计算机网络的定义

几种不同类别的网络

计算机网络的性能

性能指标

非性能指标

计算机网络体系结构

计算机网络体系结构的形成

多层协议

五层协议的体系结构

实体、协议、服务

TCP/IP 体系结构