計算機網(wǎng)絡的產生及發(fā)展

一.計算機網(wǎng)絡的產生及發(fā)展

1969年由美國國防部主持研制的第一個遠程分組交換網(wǎng)ARPANET（阿帕網(wǎng)）

的誕生，標志著計算機網(wǎng)絡時代的開始。20世紀70年代出現(xiàn)了計算機局部網(wǎng)絡（筒

稱局域網(wǎng)），在20世紀80年代得到了飛速發(fā)展，國際標準化組織（ISO）指定了計

算機網(wǎng)絡的開放系統(tǒng)互連的模式（簡稱）計算

OpenSystemInterconnect,OSIo

機網(wǎng)絡的建立和使用是計算機技術和通信技術緊密結合的產物，在當今社會和經(jīng)濟發(fā)

展中起著非常重要的作用。

Q

教師解讀

計算機網(wǎng)絡，是指利用通信設備和通信線路按不同的拓撲結構分布在不同地理

位置上的、具有獨立工作能力的多個計算機系統(tǒng)連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡軟件

（網(wǎng)絡通信協(xié)議、信息交換方式及網(wǎng)絡操作系統(tǒng)等）以實現(xiàn)硬軟件資源共享和相互

通信為目標的系統(tǒng)。

計算機網(wǎng)絡的發(fā)展概括起來經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：

1.面向遠程終端的計算機網(wǎng)絡

圖6-1面向遠程終端的計算機網(wǎng)絡

在60年代末真正的計算機網(wǎng)絡誕生以前，當時的計算機為大型主機帶多個終端

機的工作方式，所有數(shù)據(jù)處理都由主機完成，終端沒有任何處理能力，僅起字符輸

入、結果顯示等作用。主機通過分時或批處理方式將主機資源分配并處理各個終端提

出的處理請求，這種系統(tǒng)稱為主機一終端系統(tǒng)。為了能遠距離通信，通過公用電話網(wǎng)

和調制解調器將終端遠距離與主機相連，以實現(xiàn)遠距離通信。這是最早的面向終端的

計算機網(wǎng)絡，它不是真正意義上的計算機網(wǎng)絡，但這種面向終端的遠程通信網(wǎng)絡能解

決當時數(shù)據(jù)流量不大和任務較單一的遠程通信需求。

2.基于分組交換的計算機網(wǎng)絡

圖6-2基于分組交換的計算機網(wǎng)絡

20世紀60年代末ARPANET網(wǎng)的誕生，標志著計算機網(wǎng)絡時代的真正到來。計

算機網(wǎng)絡分為以分組交換網(wǎng)為中心的通信子網(wǎng)和以計算機、終端、外部設備等集合的

資源子網(wǎng)這兩個獨立的部分，這種以分組交換通信子網(wǎng)為中心的計算機通信網(wǎng)稱為第

二代計算機網(wǎng)絡。

采用分組交換技術的計算機網(wǎng)絡將其分為通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)，前者由通信線路

和交換結點（通信設備）組成，后者是獨立的計算機以及外部設備的集合，由通信子

網(wǎng)將許許多多的獨立的計算機設備（簡稱為主機）連接起來。分組交換技術成為20

世紀70年代至今計算機網(wǎng)絡的主要形式，成為現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡技術的基礎。

Q

教師解讀

第二代計算機網(wǎng)絡與第一代計算機網(wǎng)絡的主要區(qū)別在于：網(wǎng)絡中的通信雙方都

是具有資助處理能力的計算機，而不是終端到計算機；計算機網(wǎng)絡功能以資源共享

為主，而不是以數(shù)據(jù)通信為主。

3.計算機網(wǎng)絡體系結構標準化

圖6-3計算機網(wǎng)絡體系結構標準化

20世紀70年代，局域網(wǎng)誕生并推廣使用，例如以太網(wǎng)。1974年，IBM公司研

制了它的系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構，其他公司也相繼推出本公司的網(wǎng)絡體系結構。

這些不同公司開發(fā)的系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構只能連接本公司生產的設備。為了使不同

體系結構的網(wǎng)絡也能相互交換信息，國際標準化組織（￡0）于1977年成立專門機

構并制定了世界范圍內網(wǎng)絡互聯(lián)的標準，稱為開放系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型

（OSI/RM,opensystemsinterconnection/referencemodel）,簡稱OSIz標志

著第三代計算機網(wǎng)絡的誕生。OSI模型共分為七層，從下到上依次為物理層、數(shù)據(jù)鏈

路層、網(wǎng)絡層、傳輸層、會話層、表示層和應用層。OSI參考模型的提出，解決了不

同廠家生產的計算機網(wǎng)絡產品之間的互連問題，同時也解決了運行不同操作系統(tǒng)的兩

臺計算機之間的互連問題。計算機網(wǎng)絡體系結構和協(xié)議的標準化，是計算機網(wǎng)絡發(fā)展

的重要階段，為計算機網(wǎng)絡順利發(fā)展打下了堅實的理論基礎。

4.計算機網(wǎng)絡高速化和綜合化的發(fā)展

20世紀90年代后,計算機網(wǎng)絡向著高速化、綜合化方向發(fā)展,特別是Internet

的廣泛應用，是第四代計算見網(wǎng)絡的特點。網(wǎng)絡的綜合化是指采用交換技術實現(xiàn)的數(shù)

據(jù)傳送方式將多種業(yè)務綜合到一個網(wǎng)絡中完成。如可以將語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等

信息以二進制代碼的數(shù)字形式綜合到一個網(wǎng)絡中進行傳送。

圖6-4互聯(lián)網(wǎng)流量圖

社教師解讀

網(wǎng)絡的高速化和綜合化的發(fā)展與計算機多媒體技術的迅速發(fā)展緊密相關。現(xiàn)在

不管是局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，不僅可以傳送傳統(tǒng)的文字數(shù)據(jù)，大量的多媒體數(shù)據(jù)，如聲

音、圖像、視頻的實時傳送得到了廣泛的應用。

二、計算機網(wǎng)絡的分類

計算機網(wǎng)絡的分類可按多種方法進行：按分布地理范圍的大小分類、按網(wǎng)絡的用

途分類、按網(wǎng)絡隸屬的機構或團體分類，按采用的傳輸媒體或管理技術分類等等。一

般按網(wǎng)絡分布的地理范圍來進行分類，可以分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)三種類型。

1.局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

圖6-5局域網(wǎng)

局域網(wǎng)(簡稱LAN)通常在地域上位于園區(qū)內或者建筑物內部的有限范圍，由幾

米到幾公里，組建方便、使用靈活。局域網(wǎng)發(fā)展迅速，應用日益廣泛，是目前計算機

網(wǎng)絡中最活躍的分支。

2.城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)

圖6-6城域網(wǎng)

城域網(wǎng)是介于廣域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡，城域網(wǎng)設計的目標是滿足幾

十公里范圍內的大量企業(yè)、磯關、公司的多個局域網(wǎng)互連的需求，以實現(xiàn)大量用戶之

間的數(shù)據(jù)、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸功能。

3.廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)

圖6-7廣域網(wǎng)

廣域網(wǎng)（簡稱WAN）主要用于連接同一國家內、不同國家間甚至洲際間的局域

網(wǎng)和城域網(wǎng)，其作用范圍通常為幾十到幾千公里。廣域網(wǎng)是從60年代開始發(fā)展的，

其典型代表是美國國防部的ARPANET網(wǎng)，即現(xiàn)在全世界普遍使用的Internet。中國

公網(wǎng)CHINANET、國家公用信息通信網(wǎng)（又名金橋網(wǎng)）CHINAGBN、中國教育科研

計算機網(wǎng)CERNET都是廣域網(wǎng)。

三、網(wǎng)絡的拓撲結構

計算機網(wǎng)絡的拓撲結構，即是指網(wǎng)上計算機或設備與傳輸媒介形成的結點與線的

物理構成模式。主要由通信子網(wǎng)決定。網(wǎng)絡的結點有兩類：一類是轉換和交換信息的

轉接結點，包括結點交換機、集線器和終端控制器等；另一類是訪問結點，包括計算

機主機和終端等。線則代表各種傳輸媒介，包括有形的和無形的。

計算機網(wǎng)絡的常見的拓撲結構主要有：總線型拓撲、星型拓撲、樹型拓撲、環(huán)型

拓撲、和網(wǎng)狀型拓撲。

1.總線型拓撲（BUS）

圖6-8總線拓撲

總線型拓撲結構：網(wǎng)絡采用一般分布式控制方式，一條通信鏈路作為公共傳輸信

道，所有節(jié)點共享公共信道進行數(shù)據(jù)傳輸。該結構的特點是，每一個節(jié)點都可以向其

他所有節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)廣播式傳輸技術，但必須采取某種方法來分配信道的使

用，以避免兩個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)造成沖突。其優(yōu)點是結構簡單靈活，易于擴充，便

于安裝，所需通信器材、線纜的成本低，擴展方便（不能動態(tài)增減站點，即在網(wǎng)絡工

作時增減站點）。缺點是負荷重時網(wǎng)絡性能會下降，總線上任意一點故障會導致網(wǎng)絡

癱瘓，現(xiàn)已很少使用。

2.星型結構（Star）

圖6-9星型拓撲

星型拓撲結構：的網(wǎng)絡采用集中控制方式，每一節(jié)點都通過點到點的鏈路與中心

節(jié)點相連。中心節(jié)點可以是中心交換設備、主機等。數(shù)據(jù)的傳輸通過中心節(jié)點的存儲

轉發(fā)實現(xiàn)各節(jié)點的信息通信。該拓撲結構優(yōu)點是結構形式和控制方法比較簡單，便于

管理和服務"田可一個連接只涉及中央結點與外部站點；站點故障易于檢測與隔離，

且不會影響整個網(wǎng)絡。缺點是通信線路專用，電纜成本高；網(wǎng)絡的任務與可靠性都集

中在中心節(jié)點上，對中心結點要求較高，當中心結點出現(xiàn)故障時會造成全網(wǎng)癱瘓。星

型結構是小型局域網(wǎng)常采用的一種拓撲結構。學校教學用的計算機常用星形拓撲結

構。

3.樹型結構(Tree)

圖6-10樹型拓撲

樹型結構：實際上是星型結構的發(fā)展和擴充，網(wǎng)絡各節(jié)點形成層次化的結構，按

一定的層次連接起來，形狀如一棵倒置的樹。該結構中的信息交換主要在上下結點之

間進行，相鄰或同層之間結點一般不進行數(shù)據(jù)交換。該結構優(yōu)點是結構比較靈活，易

于進行網(wǎng)絡范圍的擴展和網(wǎng)絡結點數(shù)的增加；通信線路連接簡單，具有天然的分級結

構，易于擴展，便于維護。缺點是資源共享能力差、可靠性低，任何一個工作站或鏈

路的故障都會影響整個網(wǎng)絡的運行。樹型結構是大中型局域網(wǎng)常采用的一種拓撲結

構。

4.環(huán)型結構（Ring）

圖6-11環(huán)型拓撲

環(huán)型結構：是節(jié)點連在一條首尾相接的閉合環(huán)型通信線路中。環(huán)形結構有單環(huán)結

構（如TokenRing）與雙環(huán)結構（FDDI）兩種,環(huán)中的數(shù)據(jù)都是沿一個方向逐站傳

輸。這種結構各站無主從關系，結構簡單，安裝方便，傳輸率較高。數(shù)據(jù)傳輸延遲固

定，實時性好。但單環(huán)結構的可靠性較差，當某一結點出現(xiàn)故障時，會引起通信中

斷。環(huán)型結構是組建大型、高速局域網(wǎng)的主干網(wǎng)常采用的拓撲結構，如光纖主干環(huán)

網(wǎng)。

5.網(wǎng)狀型結構（Mesh）

圖6-12網(wǎng)狀拓撲

網(wǎng)狀型拓撲：實際上是不規(guī)則形式，它主要用于廣域網(wǎng)。網(wǎng)型拓撲中兩任意結點

之間的通信線路不是惟一的，若某條通路出現(xiàn)故障或擁擠阻塞時，可繞道其他通路傳

輸信息，因此它的可靠性較高，但成本也較高。

四.網(wǎng)絡協(xié)議

1.網(wǎng)絡協(xié)議

在計算機網(wǎng)絡中要做到信息的正確傳輸，就必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。為

進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、約定與標準被稱為網(wǎng)絡通信協(xié)議（Network

通常簡稱為〃網(wǎng)絡協(xié)議〃（））

CommunicationProtocol,NetworkProtocolo

一個網(wǎng)絡協(xié)議主要由以下三個要素組成：

①語法，即數(shù)據(jù)與控制信息的結構或格式（即〃怎么講〃）。用來規(guī)定信息格

式；數(shù)據(jù)及控制信息的格式、編碼及信號電平等。

②語義，即控制信息的含義，完成何種動作及做出何種響應（即〃講什

么〃）。用來說明通信雙方應當怎么做；用于協(xié)調與差錯處理的控制信息。

③同步（時序），即事件實現(xiàn)順序的詳細說明（即〃按什么順序〃）；速度匹

配和排序等。

2.ISO/OSI參考模型的分層內容

在20世紀70年代，各大計算機生產廠家（如IBM、DEC等）的產品都有自己

的網(wǎng)絡協(xié)議，這樣不同廠家生產的計算機系統(tǒng)就難以聯(lián)網(wǎng)。為了實現(xiàn)不同廠家生產的

計算機系統(tǒng)之間以及不同網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)通信，國際標準化組織ISO（International

OrganizationforStandardization）于1981年正式公布了一個網(wǎng)絡體系結構模型

作為國際標準，稱為開放系統(tǒng)互連參考模型，即￡0/0SI（OpenSystem

Interconnection）。〃開放系統(tǒng)互連〃的含義是任何兩個遵循0SI標準研制的系統(tǒng)

是相互開放的，可以進行互連。

應用層應用層

表示層表示層

會話層會話層

傳輸層

傳輸層

網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層

梃路層錯路層

物理層物理層

雙向箭頭線表示概念上的通信線路

空心箭頭表示實際通信線路

圖6-130SI網(wǎng)絡協(xié)議

ISO/OSI只給出了一些原則性的說明，并不是一個具體的網(wǎng)絡。它將整個網(wǎng)絡

的功能劃分成七個層次，層與層之間的聯(lián)系是通過各層之間的接口來進行的，上層通

過接口向下層提出服務請求，而下層通過接口向上層提供服務。兩個用戶計算機通過

網(wǎng)絡進行通信時，除物理層外，其余各對等層之間均不存在直接的通信關系,而是通

過各對等層的協(xié)議來進行通信（用虛線連接），只有兩物理層之間通過媒體進行真正

的數(shù)據(jù)通信。

①物理層：物理層是ISO/OSI參考模型的第一層。其目的是提供網(wǎng)內兩實體間

的物理接口和實現(xiàn)它們之間的物理連接，按二進制位（bit）傳送比特流，將數(shù)據(jù)信息

從一個實體經(jīng)物理信道送往另一個實體，為數(shù)據(jù)鏈路層提供一個透明的比特流傳送服

務。物理層考慮的是如何發(fā)送〃0〃和〃1〃，以及接收端如何識別。

②數(shù)據(jù)鏈路層是ISO/OSI參考模型的第二層c其任務是在兩個相鄰結點間建

立、維持和釋放數(shù)據(jù)鏈路連接，并無差錯地傳送以幀為單位的數(shù)據(jù)。每一幀包括數(shù)據(jù)

和必要的控制信息，如同步信息、、地址信息、差錯控制，以及流量控制信息等。

③網(wǎng)絡層是ISO/OSI參考模型的第三層。主要負責為分組交換網(wǎng)上的不同主機

提供通信。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)絡層將運輸層產生的報文封裝成分組（或者稱作包

（Packet））進行傳送，同時解決分組在通信子網(wǎng)中的路由選擇、擁塞控制問題以及

多個網(wǎng)絡互連的問題。

@傳輸層是ISO/OSI參考模型的第四層。OSI模型中的低三層屬于通信子網(wǎng)范

疇，高三層屬于資源子網(wǎng)范疇，傳輸層起著銜接資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)的作用，實現(xiàn)通

信子網(wǎng)中端到端的透明傳輸。透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊馑际菬o論所傳的數(shù)據(jù)是什么樣的，都

能按原樣傳輸?shù)侥康牡?，其處理過程對上層是不可見的，就好像是透明的。

⑤會話層是ISO/OSI參考模型的第五層。主要是建立、組織和協(xié)調兩個進程之

間的相互通信。會話層利用傳輸層提供的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務，具體實施服務請求者

與服務提供者之間的通信。

⑤表示層是ISO/OSI參考模型的第六層。其主要完成字符集轉換、數(shù)據(jù)壓縮與

恢復、數(shù)據(jù)加密與解密、實際終端與虛擬終端之間的轉換等功能。

⑦應用層是ISO/OSI參考模型的第七層，是OSI模型的最高層。它直接為用戶

的應用進程提供服務。從功能劃分上看，下面的六層協(xié)議解決了支持網(wǎng)絡服務功能所

需的通信和表示問題，而應用層則提供完成特定網(wǎng)絡服務功能所需的各種應用協(xié)議。

五■傳輸介質

連接計算機網(wǎng)絡的傳輸媒體有：非屏蔽雙絞線（UTP）、屏蔽雙絞線（STP）、

同軸電纜（有細纜和粗纜之分）、光纖和無線通信。

1.雙絞線

在局域網(wǎng)中雙絞線用得非常廣泛，因為它們具有低成本、高速度和高可靠性等優(yōu)

點。雙絞線有兩種基本類型：屏蔽雙絞線（STP）和非屏蔽雙絞線（UTP）,從中我

們可以看出雙絞線中的每一對都是由兩根絕緣銅導線相互纏繞而成的，這是為了降低

信號的干擾程度而采取的措施。在一條雙絞線電纜中有四對雙絞線。STP和UTP之

間的惟一區(qū)別是：STP外層是由金屬線編織的屏蔽層，加屏蔽層的原因是為了防止干

擾。工作站和服務器之間的連接通過傳輸介質和網(wǎng)絡連接部件來實現(xiàn)。

圖6-14屏蔽雙絞線圖6-15非屏蔽雙絞線

雙絞線通過RJ45接頭（俗稱水晶頭）與網(wǎng)絡設備（HUB、交換機、路由器等）

和資源設備（工作站、服務器等）相連接。

圖6-16網(wǎng)絡接頭RJ45

2.同軸電纜

同軸電纜由內導體銅質芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的

外導體屏蔽層以及起保護作用的塑料外層所組成。同軸電纜的優(yōu)點是可以在相對長的

無中繼器的線路上支持高帶寬通信，而其缺點：一是體積大，要占用電纜管道的大量

空間；二是不能承受纏結、壓力和嚴重的彎曲，這些都會損壞電纜結構，阻止信號的

傳輸；最后就是成本高，而所有這些缺點正是雙絞線能克服的，