1.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息時(shí)代的作用
我們已經(jīng)進(jìn)入了21世紀(jì),，21世紀(jì)的一些重要特征就是數(shù)字化,、網(wǎng)絡(luò)化和信息化，它是—個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代,。
當(dāng)前,，世界經(jīng)濟(jì)正在從工業(yè)經(jīng)濟(jì)向知識(shí)經(jīng)濟(jì)(knowledge-base economy)轉(zhuǎn)變,。知識(shí)經(jīng)濟(jì)是相對(duì)于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、工業(yè)經(jīng)濟(jì)而出現(xiàn)的一種正在形成中的嶄新的經(jīng)濟(jì)形態(tài),。知識(shí)經(jīng)濟(jì)就是指以知識(shí)為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì),，并且經(jīng)濟(jì)的發(fā)展在很大程度上取決于對(duì)知識(shí)的發(fā)掘和積累。知識(shí)經(jīng)濟(jì)的誕生不僅對(duì)人們的工作,、學(xué)習(xí),、交往等各個(gè)方面起著非常大的作用，而且也影響了整個(gè)社會(huì)的發(fā)展,。知識(shí)經(jīng)濟(jì)已成為推動(dòng)生產(chǎn)力發(fā)展的巨大動(dòng)力,。
知識(shí)經(jīng)濟(jì)中的兩個(gè)重要特點(diǎn)就是信息化和全球化。要實(shí)現(xiàn)信息化和全球化,，就必須依靠完善的網(wǎng)絡(luò),。因此，網(wǎng)絡(luò)己成為信息社會(huì)的命脈和發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ),。網(wǎng)絡(luò)對(duì)社會(huì)生活的很多方面以及對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的影響,。
這里所說的網(wǎng)絡(luò)是指電信網(wǎng)絡(luò)(主要的業(yè)務(wù)是電話，但也有其他業(yè)務(wù),，如傳真,、數(shù)據(jù)等)、有線電視網(wǎng)絡(luò)(即單向電視節(jié)目的傳送網(wǎng)絡(luò),，但現(xiàn)已開始逐漸向雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)改造)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),。這三種網(wǎng)絡(luò)通常簡(jiǎn)稱為“三網(wǎng)”。“三網(wǎng)”在信息化過程中起著十分重要的作用,，但其中發(fā)展最快的并起到核心作用的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，而這正是本書所要討論的內(nèi)容。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來,，以因特網(wǎng)(Internet)為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度十分迅猛,，已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，并已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò),。不少人認(rèn)為現(xiàn)在已經(jīng)是因特網(wǎng)的時(shí)代了,，這是因?yàn)橐蛱鼐W(wǎng)正在改變著我們工作和生活的各個(gè)方面，它己經(jīng)給很多國家(尤其是因特網(wǎng)的發(fā)源地美國)帶來了巨大的好處,，并加速了全球信息革命的進(jìn)程,。可以毫不夸大地說,，因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革,。
現(xiàn)在人們的生活、工作,、學(xué)習(xí)和交往都已離不開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),。設(shè)想在某一天我們的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)突然出故障不能工作了,，那時(shí)會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢 我們將無法購買機(jī)票或火車票，因?yàn)槭燮眴T無法知道還有多少票可供出售,；我們也無法到銀行存錢或取錢,，無法交納水電費(fèi)和煤氣費(fèi)等；股市交易都將停頓,；在圖書館也無法檢索需要的圖書和資料,；我們既不能上網(wǎng)查詢有關(guān)的資料，也無法使用電子郵件和朋友及時(shí)交流信息,。由此可看出人們的生活越是依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性也就越重要。
因特網(wǎng)已成為全球性的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的雛形,，全世界所有的工業(yè)發(fā)達(dá)國家和很多的發(fā)展中國家都紛紛研究和制定本國建設(shè)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的計(jì)劃,。這就使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了
一個(gè)新的歷史階段,，并變成了幾乎人人都知道而且都十分關(guān)心的熱門學(xué)科,。
1.2 因特網(wǎng)概述
1.2.1 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)
起源于叛國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)。這就使得20世紀(jì)90年代成為公認(rèn)的因特網(wǎng)時(shí)代,，或簡(jiǎn)稱為網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,。
可以從不同的角度來看因特網(wǎng)。圖1－1（a）是最常用的一種表示因特網(wǎng)的方法,。因特網(wǎng)用一朵云來表示,，因?yàn)橐蛱鼐W(wǎng)太大了，沒有人能夠畫出因特網(wǎng)的具體結(jié)構(gòu),。我們看到,，有許多計(jì)算機(jī)連接在因特網(wǎng)上。這種連接到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)通常都稱為主機(jī)（host）,。
圖1－1 因特網(wǎng)
如果再進(jìn)一步,，我們可以表示因特網(wǎng)的云彩里面再畫出一些互相連接在一起的各種網(wǎng)絡(luò)，如圖1－1（b）所示,。這表示因特網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)（network of networks）,。當(dāng)我們不需要關(guān)心因特網(wǎng)內(nèi)部的許多細(xì)節(jié)（例如，各個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)的一些特性）而只是強(qiáng)調(diào)因特網(wǎng)是由許多網(wǎng)絡(luò)互連在一起時(shí),，這樣的表示方法就很清楚,。因此，我們有這樣的概念：
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把許多計(jì)算機(jī)連接在一起,，而因特網(wǎng)則把許多計(jì)算機(jī)連接在一起,。
還有一點(diǎn)也必須注意，就是網(wǎng)絡(luò)互連并不是把計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)單地在物理上連接起來,，因?yàn)閮H僅這樣做并不能達(dá)到計(jì)算機(jī)之間能夠相互交換信息的目的,。我們還必須有許多的軟件加上云才行,。因此，當(dāng)我們談到網(wǎng)絡(luò)互連時(shí),，就已經(jīng)暗示了已經(jīng)安裝了適當(dāng)?shù)能浖?，因而在?jì)算機(jī)之間可以通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。
1.2.2 因特網(wǎng)發(fā)展的三個(gè)階段
因特網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大體上經(jīng)歷了三個(gè)階段的演進(jìn),。但這三個(gè)階段在時(shí)間劃分上并非截然分開而是有部分重疊的,，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)是逐漸的而不是突然的。
第一階段是從單個(gè)網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互連網(wǎng)發(fā)展的過程,。1969年美國國防部創(chuàng)建的第一個(gè)分組交換網(wǎng)ARPANET最初只是一個(gè)單個(gè)的分組交換網(wǎng)（并不是一個(gè)互連的網(wǎng)絡(luò)）,。所有要連接在ARPANET上的主機(jī)都直接與就近的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)相連。但到了20世紀(jì)70年代中期,，人們已認(rèn)識(shí)到不可能僅使用一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)來滿足所有的通信問題,。于是ARPANET開始研究多種網(wǎng)絡(luò)（如分組無線電網(wǎng)絡(luò)）互連的技術(shù)，這就導(dǎo)致后來互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),。這樣的互聯(lián)網(wǎng)就成為現(xiàn)在因特網(wǎng)（Internet）的雛形,。1983年TCP/IP成為ARPANET上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得所有使用TCP/IP的計(jì)算機(jī)都能利用互聯(lián)網(wǎng)相互通信,，因而人們就把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時(shí)間,。1990年ARPANET正式宣布關(guān)閉，因?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)任務(wù)已經(jīng)完成,。
請(qǐng)讀者注意以下兩個(gè)意思不一樣的名詞internet[RFC 1208]:
以小寫字母i開始的internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞,，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而的網(wǎng)絡(luò)。在這些網(wǎng)絡(luò)之間的通信協(xié)議（即通信規(guī)則）可以是任意的,。
以大寫字母I開始的Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞,，它指當(dāng)前全球最大的、開放的,、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，它采用TCP/IP族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的ARPANET,。
第二階段的特點(diǎn)是建成了三級(jí)結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng),。從1985年起，美國國家科學(xué)基金會(huì)NSF（National Science Fondation）就圍繞6個(gè)大型計(jì)算機(jī)中心建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，即國家科學(xué)基金網(wǎng)（NSFNET）,。它是一個(gè)三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng),、地區(qū)網(wǎng),、校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。這種三級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)酸辣了全美國主要的大學(xué)和研究所,，并且成為因特網(wǎng)中的主要組成部分,。1991年,，NSF和美國的其他政府機(jī)構(gòu)開始認(rèn)識(shí)到因特網(wǎng)必將擴(kuò)大其使用范圍，不應(yīng)僅限于大學(xué)和研究機(jī)構(gòu),。世界上的許多公司紛紛接入到因特網(wǎng),，使網(wǎng)絡(luò)上的通信量急劇增大，使因特網(wǎng)的容量已滿足不了需要,。于是美國政府決定將因特網(wǎng)的主干網(wǎng)交給私人公司來經(jīng)營,，并開始對(duì)拉入因特網(wǎng)的單位收費(fèi)。1992年因特網(wǎng)上的主機(jī)超過1百萬臺(tái),。1993年因特網(wǎng)主干網(wǎng)的速率提高到45Mbit/s（T3速率）,。
第三階段的特點(diǎn)是逐漸形成了多級(jí)ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。從1993年開始,，由美國政府資助的NSFNET逐漸被若干個(gè)商用因特網(wǎng)主干網(wǎng)替代,，而政府機(jī)構(gòu)不再負(fù)責(zé)因特網(wǎng)的運(yùn)營。這樣就出現(xiàn)了一個(gè)新的名詞：因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP（Internet Service Provider）,。ISP是一個(gè)進(jìn)行商業(yè)活動(dòng)的公司,，因此它又常稱為因特網(wǎng)服務(wù)提供商。ISP擁有從因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)到的多個(gè)IP地址（因特網(wǎng)上主機(jī)都必須有IP地址才能進(jìn)行通信,，這一概念將在第7章中詳細(xì)討論,，同時(shí)擁有通信線路（大的ISP自己建設(shè)通信線路,，小的ISP則向電信公司租用通信線路)以及路由器等連網(wǎng)設(shè)備,，因此，任何機(jī)構(gòu)和個(gè)人只要向ISP交納規(guī)定的費(fèi)用,，就可從ISP得到所需的IP地址,，并通過該ISP接入到因特網(wǎng)。我們通常所說的“上網(wǎng)”就是指“(通過某個(gè)ISP)接入到因特網(wǎng)”,，因?yàn)?/span>ISP向上網(wǎng)用戶提供了IP地址,。IP地址的管理機(jī)構(gòu)不會(huì)把一個(gè)單個(gè)的IP地址分配給單個(gè)用戶(不“零售”)，而是把一批IP地址有償分配給經(jīng)審查合格的ISP(只“批發(fā)”),。圖1．2說明了用戶上網(wǎng)與ISP的關(guān)系,。
根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小的不同，ISP也分成為不同的等級(jí),。因此,，現(xiàn)在的因特網(wǎng)并不是某個(gè)單個(gè)組織所擁有的。圖1．3是具有三級(jí)結(jié)構(gòu)ISP的因特網(wǎng)的概念示意圖,，這個(gè)圖并不表示ISP的地理位置的關(guān)系,。
 在圖中，最高級(jí)別的一級(jí)ISP的服務(wù)面積最大(一般都能夠覆蓋國家范圍),，并且還擁有高速主干網(wǎng),。二級(jí)ISP和一些大公司都是一級(jí)ISP的用戶,。三級(jí)ISP又稱為本地ISP，它們是二級(jí)ISP的用戶,，且只擁有本地范圍的網(wǎng)絡(luò),。一般的校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)以及撥號(hào)上網(wǎng)的用戶，都是三級(jí)ISP的用戶,。為了使不同ISP經(jīng)營的網(wǎng)絡(luò)都能夠互通,，在1994年開始創(chuàng)建了四個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)NAP(Network Access Point)，分別由四個(gè)電信公司經(jīng)營,。NAP用來交換因特網(wǎng)上流量,。在NAP中安裝有性能很好的交換設(shè)施(例如，使用ATM交換技術(shù)),。到21世紀(jì)初,，美國的NAP的數(shù)量已達(dá)到十幾個(gè)。NAP可以算是最高等級(jí)的接入點(diǎn),。它主要是向各ISP提供交換設(shè)施,，使它們能夠互相通信。NAP又稱為對(duì)等點(diǎn)(peering point),，表示接入到NAP的設(shè)備不存在從屬關(guān)系而都是平等的,。
從圖1-3可看出，因特網(wǎng)逐漸演變成基于ISP和NAP的多級(jí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò),。但今日的因特網(wǎng)由于規(guī)模太大,，已經(jīng)很難對(duì)整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)給出細(xì)致的描述。但下面這種情況是經(jīng)常遇到的,，就是相隔較遠(yuǎn)的兩個(gè)主機(jī)的通信可能需要經(jīng)過多個(gè)ISP(如圖l－3中的灰色粗線表示主機(jī)A要經(jīng)過許多不同的ISP才能把數(shù)據(jù)傳送到主機(jī)B),。因此，當(dāng)主機(jī)A和另一個(gè)主機(jī)B通過因特網(wǎng)進(jìn)行通信時(shí),，實(shí)際上也就是它們通過許多ISP進(jìn)行通信,。
因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長(zhǎng)速率最快的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，沒有人能夠準(zhǔn)確說出因特網(wǎng)究竟有多大,。因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于20世紀(jì)90年代,。由歐洲原子核研究組織(CERN)開發(fā)的萬維網(wǎng)www(World Wide Web)被廣泛使用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用,，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力,。萬維網(wǎng)的站點(diǎn)數(shù)月也急劇增長(zhǎng)。在因特網(wǎng)上的數(shù)據(jù)通信量每月約增加10％,。表1－1是因特網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)數(shù),、主機(jī)數(shù)、用戶數(shù)和管理機(jī)構(gòu)數(shù)的簡(jiǎn)單概括[COME06]。
 由于因特網(wǎng)存在著技術(shù)上和功能上的不足,，加上用戶數(shù)量猛增,，使得現(xiàn)有的因特網(wǎng)不堪重負(fù)。因此,，1996年美國的一些研究機(jī)構(gòu)和34所大學(xué)提出研制和建造新一代因特網(wǎng)的設(shè)想,，并宣布在今后5年內(nèi)用5億美元的聯(lián)邦資金實(shí)施“下一代因特網(wǎng)計(jì)劃”，即“NGI計(jì)劃”（Next Generation Internet Initiative),。
NGI計(jì)劃要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)目標(biāo)是開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，以比現(xiàn)有的岡特網(wǎng)高100倍的速率連接至少100個(gè)研究機(jī)構(gòu)，以比現(xiàn)有的因特網(wǎng)高1000倍的速率連接10個(gè)類似的網(wǎng)點(diǎn),。其端到端的傳輸速率要超過100Mbit／s至10Gbit／s,。另一個(gè)目標(biāo)是使用更加先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)和開發(fā)許多帶有革命性的應(yīng)用，如遠(yuǎn)程醫(yī)療,、遠(yuǎn)程教育,、有關(guān)能源和地球系統(tǒng)的研究、高性能的全球通信,、環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào),、緊急情況處理等。NGI計(jì)劃將使用超高速全光網(wǎng)絡(luò),，能實(shí)現(xiàn)更快速的交換和路由選擇,，同時(shí)具有一些實(shí)時(shí)應(yīng)用保留帶寬的能力。在整個(gè)因特網(wǎng)的管理和保證信息的可靠性與安全性方面也會(huì)有很大的改進(jìn),。
1.2.3 關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作
因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)因特網(wǎng)的發(fā)展起到了非常重要的作用,。我們知道，標(biāo)準(zhǔn)化工作的好壞對(duì)一種技術(shù)的發(fā)展有著很大的影響,，缺乏國際標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)使技術(shù)的發(fā)展處于比較混亂的狀態(tài),，而盲目自由競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果很可能形成多種技術(shù)體制并存且互不兼容的狀態(tài)(如過去形成的彩電三大制式),，給用戶帶來較大的不方便,。但國際標(biāo)準(zhǔn)的制定又是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，這里有很多技術(shù)問題,，且存在很多非技術(shù)問題,，如不同廠商之間經(jīng)濟(jì)利益的爭(zhēng)奪問題等。標(biāo)準(zhǔn)制定的時(shí)機(jī)也很重要,，標(biāo)準(zhǔn)制定得過早,，由于技術(shù)還沒有發(fā)展到成熱水平，會(huì)使技術(shù)已經(jīng)陳舊的標(biāo)準(zhǔn)限制了產(chǎn)品的技術(shù)水平,，其結(jié)果是不得不再次修訂標(biāo)準(zhǔn),，造成浪費(fèi)：反之，若標(biāo)準(zhǔn)制定得太遲，出會(huì)使技術(shù)的發(fā)展無章可循,，這會(huì)造成產(chǎn)品的互不兼容,，因而也會(huì)影響技術(shù)的發(fā)展。因特網(wǎng)在制定其標(biāo)準(zhǔn)上很有特色,，它的一個(gè)很大的特點(diǎn)是面向公眾,，因特網(wǎng)所有的技術(shù)文檔都可從因特網(wǎng)上免費(fèi)下載(見附錄B)，而且任何人都可以用電子郵件隨時(shí)發(fā)表對(duì)某個(gè)文檔的意見或建議,。這種方式對(duì)因特網(wǎng)的迅速發(fā)展影響很大,。
1992年，因特網(wǎng)不再歸美國政府管轄,，因此成立了一個(gè)國際性組織叫做因特網(wǎng)協(xié)會(huì)ISOC(Internet Society),，以便對(duì)因特網(wǎng)進(jìn)行全面管理以及在世界范圍內(nèi)促進(jìn)其發(fā)展和使用。 ISOC下面有—個(gè)技術(shù)組織叫做因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會(huì)IAB(Internet Architecture Board),，負(fù)責(zé)管理因特網(wǎng)有關(guān)協(xié)議的開發(fā),。IAB下面又設(shè)有兩個(gè)工程部。
因特網(wǎng)工程部IETF (Internet Engineering Task Force)
IETF是由許多工作組WG(Working Group)組成的論壇(forum),，具體工作由因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG(Internet Engineering Steering Group)管理,。這些工作組劃分為若干個(gè)領(lǐng)域(area)，每個(gè)領(lǐng)域集中研究某一特定的短期和中期的工程間題,，主要是對(duì)協(xié)議的開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化,。
因特網(wǎng)研究部IRTF(Internet Research Task Force)
IRTF是由—些研究組RG(Research Group)組成的論壇，具體工作由因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG(Internet Research Steering Group))管理,。IPTF的任務(wù)是從事理論方面研究和開發(fā)—些需要長(zhǎng)期考慮的問題,。
所有的因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都是以RFC的形式在因特網(wǎng)上發(fā)表。RFC(Request For Comments)的意思就是“請(qǐng)求評(píng)論”,。但應(yīng)注意,，并非所有的RFC文檔都是因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槿魏稳硕伎梢酝ㄟ^RFC發(fā)表他對(duì)因特網(wǎng)的某些方面的建議,，而其中只有—小部分最后變成標(biāo)準(zhǔn),。RFC按收到RFC文檔的先后次序從小到大編上序號(hào)(即RFC xxxx，這里的xxxx是阿拉伯?dāng)?shù)字),。一個(gè)RFC文檔更新后,，就使用—個(gè)新的編號(hào)，并在此文檔中指出原來老編號(hào)的RFC文檔已成為陳舊的,。從一個(gè)普通文檔上升到因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)要經(jīng)過四個(gè)階段,。
(1)因特網(wǎng)草案(Internet Draft)，這是一種正在進(jìn)行的工作文檔,，它不夠成熟,，且只有六個(gè)月的生存期。若能得到并發(fā)表為RFC文檔，則可再進(jìn)行后面的三個(gè)階段,。
(2)建議標(biāo)準(zhǔn)(Propose Standard),。
(3)草案標(biāo)準(zhǔn)(Draft Standard)。
(4)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(Internet Standard),。
本書的許多內(nèi)容都注明其相關(guān)的RFC文檔號(hào)以便進(jìn)一步學(xué)習(xí),。
還有三種RFC，即歷史的,、實(shí)驗(yàn)的和提供信息的,。歷史的RFC或者是被后來的規(guī)約所取代，或者是從未到達(dá)必要的成熟等級(jí)因而未變成為因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),。實(shí)驗(yàn)的RFC就表示其工作屬于正在實(shí)驗(yàn)的情況,。實(shí)驗(yàn)的RFC不能夠在任何實(shí)用的因特網(wǎng)服務(wù)中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。提供信息的RFC包括與因特網(wǎng)有關(guān)的—般的,、歷史的或指導(dǎo)的信息,，這種RFC通常是由非因特網(wǎng)的組織中的某個(gè)人(例如，設(shè)備的賣主)寫出的,。
1.3因特網(wǎng)的組成
因特網(wǎng)雖然在地理上覆蓋了全球,，但從其工作方式上看，可以把整個(gè)因特網(wǎng)的組成劃分
為兩大塊,，即由所有連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)組成的因特網(wǎng)的邊緣部分和由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這
些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成的因特網(wǎng)核心部分,，圖1．4給出了這兩部分的示意圖。這兩部分的功能有很大的差別,。下面分別討論這兩部分的作用和工作方式,。
1.3.1因特網(wǎng)的組成
處在因特網(wǎng)邊緣的部分就是連接在因特網(wǎng)E的所有的主機(jī)。這些主機(jī)又稱為端系統(tǒng)(end system),，“端”就是“末端”的意思,。端系統(tǒng)在功能上可能有很大的差別，小的端系統(tǒng)可以是一臺(tái)普通個(gè)人計(jì)算機(jī),，而大的端系統(tǒng)則可以是一臺(tái)非常昂貴的大型計(jì)算機(jī),。端系統(tǒng)都使用網(wǎng)絡(luò)核心部分所提供的服務(wù)。端系統(tǒng)的擁有者可以是個(gè)人,，也可以足單位(如學(xué)校,、企業(yè)、政府機(jī)關(guān)等),，當(dāng)然也可以是某個(gè)ISP(即ISP不僅僅是向端系統(tǒng)提供服務(wù)，它也可以擁有一些端系統(tǒng)),。因特網(wǎng)的端系統(tǒng)就是前面提到的主機(jī),。邊緣部分的功能就是利用核心部分所提供的服務(wù)，使這樣多的主機(jī)之間能夠互相通信并交換或共享信息。
我們先要明確下面的概念,。我們說：“主機(jī)A和主機(jī)B進(jìn)行通信”,，實(shí)際上是指：“運(yùn)行在主機(jī)A上的某個(gè)程序和運(yùn)行在主機(jī)B上的另一個(gè)程序進(jìn)行通信”。由于“進(jìn)程”就是“運(yùn)行著的程序”,，因此這也就是指：“主機(jī)A的某個(gè)進(jìn)程和主機(jī)B上的另一個(gè)進(jìn)程進(jìn)行通信”,。這種比較準(zhǔn)確的說法通常可以簡(jiǎn)稱為“計(jì)算機(jī)之間通信”,。
在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中運(yùn)行的程序之間的通信方式可劃分為兩大類：客戶服務(wù)器方式和對(duì)等方式,。下面分別對(duì)這兩種方式進(jìn)行介紹。
1．客戶服務(wù)器方式
這種方式在因特網(wǎng)上是最常用的,，也是傳統(tǒng)的方式,。我們?cè)谏暇W(wǎng)發(fā)送電子郵件或在網(wǎng)站上查找資料時(shí)，都是使用客戶服務(wù)器方式(有時(shí)寫為客戶服務(wù)器方式或客戶／服務(wù)器方式),。
當(dāng)我們打電話時(shí),，電話機(jī)的振鈴聲使被叫用戶知道現(xiàn)在有一個(gè)電話呼叫。計(jì)算機(jī)通信的對(duì)象是應(yīng)用層中的應(yīng)用進(jìn)程,，這顯然不能用響鈴的辦法來通知所要找的應(yīng)用進(jìn)程,。為此，就采用客戶服務(wù)器方式使兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程能夠進(jìn)行通信,。
客戶（client)和服務(wù)器（server)都是指通信中所涉及的兩個(gè)應(yīng)用進(jìn)程,。客戶服務(wù)器方式所描述的是進(jìn)程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系,。在圖1．5中,，主機(jī)A運(yùn)行客戶程序而主機(jī)B運(yùn)行服務(wù)器程序。在這種情況下,，A是客戶而B是服務(wù)器,。客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請(qǐng)求服務(wù),，而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù),。這里最主要的特征就是：
客戶是服務(wù)請(qǐng)求方，服務(wù)器是服務(wù)提供方,。
服務(wù)請(qǐng)求方和服務(wù)提供方都要使用網(wǎng)絡(luò)核心部分所提供的服務(wù),。
在實(shí)際應(yīng)用中，客戶程序和服務(wù)器程序通常還具有以下一些主要特點(diǎn),。
客戶程序：
(1)被用戶調(diào)用后運(yùn)行,，在打算通信時(shí)主動(dòng)向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信(請(qǐng)求服務(wù))。
(2)可與多個(gè)服務(wù)器進(jìn)行通信,。
(3)不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng),。
服務(wù)器程序：
(1)是一種專門用來提供某種服務(wù)的程序,，可同時(shí)處理多個(gè)遠(yuǎn)地或本地客戶的請(qǐng)求。
(2)當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)即自動(dòng)調(diào)用并一直不斷地運(yùn)行著,，被動(dòng)地等待并接受來自多個(gè)客戶的通信請(qǐng)求,。
(3)一般需要強(qiáng)大的硬件和高級(jí)的操作系統(tǒng)支持。
客戶與服務(wù)器的通信關(guān)系一旦建立,，通信可以是雙向的,，客戶和服務(wù)器都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
順便說一下,，上面所說的客戶和服務(wù)器本來部揩的是計(jì)算機(jī)進(jìn)程(軟件),。使用計(jì)算機(jī)的人是計(jì)算機(jī)的“用戶（user)而不是“客戶”(client)。但在許多國外文獻(xiàn)中,，經(jīng)常也把運(yùn)行客戶程序的機(jī)器稱為cliem,，把運(yùn)行服務(wù)器程序的機(jī)器稱為server。因此,，我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)上下文來判斷client(或server)是指軟件還是硬件,。在本書中，有時(shí)為了清楚起見,，我們也使嗣“客戶端”或“服務(wù)器端”來表示運(yùn)行客戶程序或服務(wù)器程序的機(jī)器,。
2．對(duì)等連接方式
對(duì)等連接(peer-to—peer，簡(jiǎn)寫為P2P)是指兩個(gè)主機(jī)在通信時(shí)并不區(qū)分哪一個(gè)是服務(wù)請(qǐng)求方還是服務(wù)提供方,。只要兩個(gè)主機(jī)都運(yùn)行了對(duì)等連接軟件(P2P軟件),，它們就可以進(jìn)行平等的、對(duì)等連接通信,。這時(shí),，雙方都可以下載對(duì)方已經(jīng)存儲(chǔ)在硬盤中的共享文檔。因此,，這種工作方式也稱為P2P文件共享,。在圖I－6中，主機(jī)C,，D,，E和F都運(yùn)行了P2P軟件，因此,，這幾個(gè)主機(jī)都可進(jìn)行對(duì)等通信(如C和D,，E和F以及C和F)。我們可以注意到,，在對(duì)等通信中,，一個(gè)主機(jī)可以同時(shí)和其他幾個(gè)主機(jī)通信，如圖中的C和F,。實(shí)際上，這種方式仍然在使用客戶服務(wù)器方式,，只是對(duì)等連接中的每一個(gè)主機(jī)既是客戶也同時(shí)是鼴務(wù)器。例如主機(jī)C，當(dāng)C請(qǐng)求D的服務(wù)時(shí),，C是客戶，D是服務(wù)器,。但如果C又同時(shí)向F提供服務(wù),，那么C又同時(shí)起著服務(wù)器的作用。
 對(duì)等連接工作方式可以支持大量用戶(如上百萬個(gè))同時(shí)工作,。這樣就可以使用戶更加方便地獲得所需要的計(jì)算機(jī)文檔,，而不需要再花費(fèi)很多時(shí)間在因特網(wǎng)上慢慢搜索。關(guān)于對(duì)等連接工維方式可參考[KURO05),。
1.3.2因特網(wǎng)的核心部分
網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分,。網(wǎng)絡(luò)核心部分向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的主機(jī)提供服務(wù)，使邊緣部分中的任何一個(gè)主機(jī)都能夠向其他主機(jī)通信f即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)),。
在網(wǎng)絡(luò)核心豁分,，阿絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)的連接要依靠路由器(router)，我們?cè)诘?/span>7章將詳細(xì)介紹路由器的功能,。在這里,，我們只需要知道，路由器是一種專用計(jì)算機(jī)(但不是主機(jī)),，沒有路由器,，再多的網(wǎng)絡(luò)也無法構(gòu)建成因特網(wǎng)。路由器的具體任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組,。但從通信的角度看,，路由器是實(shí)現(xiàn)分組交換(packet switching)，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能,。為了弄清分組交換,，我們要先介紹電路交換的基本概念，在此基礎(chǔ)之上再討論分組交換的特點(diǎn),。
1．電路交換的主要特點(diǎn)
在電話問世后不久,，人們就發(fā)現(xiàn)，要讓所有的電話機(jī)都兩兩相連接是不現(xiàn)實(shí)的,。圖1—7(a)表示兩部電話只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來,。但若有5部電話要兩兩相連，則需要10對(duì)電線,，如圖1．7(b)所示,。顯然，若N部電話要兩兩相連,，就需要N(N-1)／2對(duì)電線,。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí),，這種連接方法需要的電線數(shù)量就太大了(與電話機(jī)的數(shù)量的平方成正比)。于是,，人們認(rèn)識(shí)到,，要使得每一部電話能夠很方便地和另一部電話進(jìn)行通信，就應(yīng)當(dāng)使用電話交換機(jī)將這些電話連接起來,，如圖1．7 (c)所示,。每一部電話都連接到交換機(jī)上，而交換機(jī)使用交換的方法,，讓電話用戶彼此之間可以很方便地通信,。一百多年來，電話交換機(jī)雖然經(jīng)過多次更新?lián)Q代,，但交換的方式一直都是電路交換(circuit switching),。
當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用很多彼此連接起來的交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù),。用這樣的方法,，就構(gòu)成了覆蓋全世界的電信網(wǎng)。
從通信資源的分配角度來看,，“交換(switching)”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源,。在使用電路交換打電話之前，必須先撥號(hào)建立連接,。當(dāng)撥號(hào)的信令通過許多交換機(jī)到達(dá)被叫用戶所連接的交換機(jī)時(shí),，該交換機(jī)就向被叫用戶的電話機(jī)振鈴。在被叫用戶摘機(jī)且摘機(jī)信令傳送回到主叫用戶所連接的交換機(jī)后,，呼叫即完成,。這時(shí)，從主叫端到被叫端就建立了一條連接(物理通路),。這條連接占用了雙方通話時(shí)所需的一切通信資源,，而這些資源在雙方通信時(shí)不會(huì)被其他用戶占用。正是因?yàn)橛辛诉@個(gè)特點(diǎn),，電路交換才對(duì)端到端的通信質(zhì)量有了可靠的保證,。此后主叫和被叫雙方才能互相通電話。通話完畢掛機(jī)后,，掛機(jī)信令告訴這些交換機(jī),，使交換機(jī)釋放剛才使用的這條物理通路(即歸還剛才占用的所有通信資源)。這種必須經(jīng)過“建立連接(占用通信資源)→通話(一直占用通信資源) →釋放連接(歸還通信資源)”三個(gè)步驟的交換方式稱為電路交換,。
圖1-8為電路交換的示意圖,。為簡(jiǎn)單起見，圖中沒有區(qū)分市話交換機(jī)和長(zhǎng)途電話交換機(jī),。應(yīng)當(dāng)注意的是,，用戶線歸電話用戶專用,，而對(duì)交換機(jī)之間擁有大量話路的中繼線則是許多用戶共享的，正在通話的用戶只占用了其中的一個(gè)話路,，而在通話的全部時(shí)間內(nèi),，通話的兩個(gè)用戶始終占用端到端的通信資源。圖中電話機(jī)A和B之間的通路共經(jīng)過了四個(gè)交換機(jī),，而電話機(jī)C和D是屬于同一個(gè)交換機(jī)的地理覆蓋范圍中的用戶,，因此,，這兩個(gè)電話機(jī)之間建立的連接就不需要再經(jīng)過其他的交換機(jī),。
當(dāng)使用電路交換來傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，其線路的傳輸效率往往很低,。這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)是突發(fā)式地出現(xiàn)在傳輸線路上,，因此，線路上真正用來傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間往往不到10％,，甚至是1％,。實(shí)際上，已被用戶占用的通信線路在絕大部分時(shí)間里都是空閑的,。例如,，當(dāng)用戶閱讀終端屏幕上的信息或用鍵盤輸入和編輯一份文件時(shí)，或計(jì)算機(jī)正在進(jìn)行處理而結(jié)果尚未返回時(shí),，寶貴的通信線路資源并未被利用而是白白浪費(fèi)了,。
2．分組交換的主要特點(diǎn)
分組交換則采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。,。圖1-9所示為劃分分組的概念,。通常，我們將欲發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)稱為一個(gè)報(bào)文(message),。在發(fā)送報(bào)文之前,，先將較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成為一個(gè)個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段，例如,，每個(gè)數(shù)據(jù)段為1024 bit,。在每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面，加上些必要的控制信息組成的首部(header)后,，就構(gòu)成了一個(gè)分組(packet),。分組義稱為“包”，而分組的首部也可稱為“包頭”,。分組是在因特網(wǎng)中傳送的數(shù)據(jù)單元,。分組中的“首部”是非常重要的，正是由于分組的首部包含了諸如目的地址和源地址等重要控制信息,，每一個(gè)分組才能在因特網(wǎng)中獨(dú)立地選擇路由,。
圖1—10(a)強(qiáng)調(diào)因特網(wǎng)的核心部分是由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成,，而主機(jī)處在因特網(wǎng)的邊緣部分。在因特網(wǎng)核心部分的路由器之間一般都用高速鏈路相連接,，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機(jī)接入到核心部分則通常以相對(duì)較低速率的鏈路相連接,。
主機(jī)和路由器都是計(jì)算機(jī)，但它們的作用很不一樣,。主機(jī)的用途是為用戶進(jìn)行信息處理的,，并且可以和其他主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。路由器的用途則是用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的,，即進(jìn)行分組交換的,。路由器收到一個(gè)分組，先暫時(shí)存儲(chǔ)下來,，再檢查其首部,，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，按照首部中的目的地址,，找到合適的端口(路由器的端口就是路由器和外部連接的接口)轉(zhuǎn)換出去,，把分組交給下一個(gè)路由器。這樣一步～步地(有時(shí)會(huì)經(jīng)過幾十個(gè)不同的路由器)以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式,，把分組交付到最終的目的主機(jī),。各路由器之間必須經(jīng)常交換彼此掌握的路由信息，以便創(chuàng)建和維持在路由器中的轉(zhuǎn)發(fā)表,，使轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)能夠找出一條最好的轉(zhuǎn)發(fā)路徑,。
當(dāng)我們討論因特網(wǎng)的核心部分中的路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的過程時(shí)，往往把單個(gè)的網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化成一條鏈路,，而路由器成為核心部分的結(jié)點(diǎn)(node),，如圖1．10(b)所示。這種簡(jiǎn)化圖看起來可以更加清晰,，但不要忘記,，簡(jiǎn)化圖里面其實(shí)是有網(wǎng)絡(luò)的(用鏈路表示)。
現(xiàn)在假定圖1-10(b)中的主機(jī)H1向主機(jī)H5發(fā)送數(shù)據(jù),。主機(jī)H1先將分組逐個(gè)地發(fā)往與它直接相連的路由器A,。此時(shí)，除鏈路H1-A外,，其他通信鏈路并不被目前通信的雙方所占用,。需要注意的是，即使是鏈路H1-A,，也只是當(dāng)分組正在此鏈路上傳送時(shí)才被占用,。在各分組傳送之間的空閑時(shí)間，鏈路Hl-A仍可為其他主機(jī)發(fā)送的分組使用。
路由器A把主機(jī)H1發(fā)來的分組放入緩存,。假定從路由器A韻轉(zhuǎn)發(fā)表中查出應(yīng)把該分組轉(zhuǎn)發(fā)到鏈路A—C,，于是分組就傳送到路由器C。當(dāng)分組正在鏈路A—C傳送時(shí),，該分組并不占用網(wǎng)絡(luò)其他部分的資源,。
路由器C繼續(xù)按上述方式查找轉(zhuǎn)發(fā)表，假定查出應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到路由器E,。當(dāng)分組到達(dá)路由器E后,，路由器E就最后把分組直接交給主機(jī)H5。
假定在某一個(gè)分組的傳送過程中,，鏈路A－C的通信量太大,，那么，路由器A可以把分組沿另一個(gè)路由轉(zhuǎn)發(fā)到路由器B,，再轉(zhuǎn)發(fā)到路由器E,，最后把分組送到主機(jī)H5。在網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)有多個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信,，如主機(jī)H2也可以經(jīng)過路由器B和E與主機(jī)H6通信。
這里要注意,，路由器暫時(shí)存儲(chǔ)的是一個(gè)個(gè)短分組,，而不是整個(gè)的長(zhǎng)報(bào)文。短分組是暫存在路由器的存儲(chǔ)器(即內(nèi)存)中而不是存儲(chǔ)在磁盤中,。這就保證了較高的交換速率,。
在圖中只畫了一對(duì)主機(jī)H1和H5在進(jìn)行通信。實(shí)際上,，因特網(wǎng)可以容許非常多的主機(jī)同時(shí)進(jìn)行通信,，而一個(gè)主機(jī)中的多個(gè)進(jìn)程(即正在運(yùn)行中的多道程序)也可以各自和不同主機(jī)中的不同進(jìn)程進(jìn)行通信。
應(yīng)當(dāng)注意,，分組交換在傳送數(shù)據(jù)之前不必先占用～條端到端的通信資源,。分組在哪段鏈路上傳送才占用這段鏈路的通信資源。分組到達(dá)一個(gè)路由器后,，先暫時(shí)存儲(chǔ)下來,，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，然后從另一條合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)出去,。分組在傳輸時(shí)就這樣一段段地?cái)嗬m(xù)占用通信資源,，而且還省去了建立連接和釋放連接的開銷，因而數(shù)據(jù)的傳輸效率更高,。
因特網(wǎng)采取了專門的措施,，保證了數(shù)據(jù)的傳送具有非常高的可靠性(在第8章討論運(yùn)輸層協(xié)議時(shí)要著重討論這個(gè)問題)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某些結(jié)點(diǎn)或鏈路突然出故障時(shí)，在各路由器中運(yùn)行的路由選擇協(xié)議(protoc01)能夠自動(dòng)找到其他路徑轉(zhuǎn)發(fā)分組,。這些將在第7章中詳細(xì)討論,。
從以上所述可知，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換,，實(shí)質(zhì)上是采用了在數(shù)據(jù)通信的過程中斷續(xù)(或動(dòng)態(tài))分配傳輸帶寬的策略(關(guān)于帶寬的進(jìn)一步討論見后面的1．6．1節(jié)),。這對(duì)傳送突發(fā)式的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)非常合適，使得通信線路的利用率大大提高了,。
為了提高分組交換網(wǎng)的可靠性,，因特網(wǎng)的核心部分常采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞或少數(shù)結(jié)點(diǎn),、鏈路出現(xiàn)故障時(shí),，路由器可靈活地改變轉(zhuǎn)發(fā)路由而不致引起通信的中斷或全網(wǎng)的癱瘓。此外,，通信網(wǎng)絡(luò)的主干線路往往由一些高速鏈路構(gòu)成,，這樣就以較高的數(shù)據(jù)傳輸速率迅速地傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。
綜上所述,，分組交換網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)見表1．2,。
 分組交換也帶來一些新的問題。例如,，分組在各路由器存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì),，這就會(huì)造成一定的時(shí)延。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信量過大時(shí),，這種時(shí)延也可能會(huì)很大,。在表1．2中提到分組交換的優(yōu)點(diǎn)之一是“迅速”，是指和電路交換相比時(shí),，分組交換可以省去建立連接所花費(fèi)的時(shí)間,，而且還可以在高速鏈路上以較高的數(shù)據(jù)傳輸速率來傳送數(shù)據(jù)。但分組交換網(wǎng)中的每一個(gè)路由器結(jié)點(diǎn)又因存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)產(chǎn)生了時(shí)延,。因此,，必須盡量設(shè)法減少這種時(shí)延。此外,，由于分組交換不像電路交換那樣通過建立連接保證了通信時(shí)所需的各種資源,，因而無法確保通信時(shí)端到端所需的帶寬。
分組交換網(wǎng)帶來的另一個(gè)問題是各分組必須攜帶的控制信息也造成了一定的開銷,。整個(gè)分組交換網(wǎng)還需要專門自=j管理和控制機(jī)制,。
應(yīng)當(dāng)指出，從本質(zhì)上講,，這種斷續(xù)分配傳輸帶寬的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念,。自古代就有的郵政通信,，就其本質(zhì)來說也是屬于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。而在20世紀(jì)40年代,，電報(bào)通信也采用了基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換(message switching),。在報(bào)文交換中心，一份份電報(bào)被接收下來,，并穿成紙帶,。操作員以每份報(bào)文為單位，撕下紙帶,，根據(jù)報(bào)文的目的站地址,，拿到相應(yīng)的發(fā)報(bào)機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)出去。這種報(bào)文交換的時(shí)延較長(zhǎng),，從幾分鐘到幾小時(shí)不等?，F(xiàn)在報(bào)文交換已經(jīng)很少有人使用了。分組交換雖然也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理,，但由于使用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,，這就使分組的轉(zhuǎn)發(fā)非常迅速。例如ARPANET建網(wǎng)初期的經(jīng)驗(yàn)表明,，在正常的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷下,，當(dāng)時(shí)橫跨美國東西海岸的端到端平均時(shí)延小于0．1秒。這樣,，分組交換雖然采用了某些古老的交換原理,，但實(shí)際上已變成了一種嶄新的交換技術(shù)。
圖1-11表示電路交換,、報(bào)文交換和分組交換的主要區(qū)別。圖中的A和D分別是源點(diǎn)和終點(diǎn),，而B和c是在A和D之間的中間結(jié)點(diǎn),。圖中的最下方歸納了三種交換方式在數(shù)據(jù)傳送階段的主要特點(diǎn)。
電路交換——整個(gè)報(bào)文的比特流連續(xù)地從源點(diǎn)直達(dá)終點(diǎn),，好像在一個(gè)管道中傳送,。
報(bào)文交換——整個(gè)報(bào)文先傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)，全部存儲(chǔ)下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表,，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn),。
分組交換——單個(gè)分組(這只是整個(gè)報(bào)文的一部分)傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)，存儲(chǔ)下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表,，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn),。
從圖1—11可看出，若要連續(xù)傳送大量的數(shù)據(jù),，且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于連接建立時(shí)間,，則電路交換的傳輸速率較快。報(bào)文交換和分組交換不需要預(yù)先分配傳輸帶寬，在傳送突發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率,。由于一個(gè)分組的長(zhǎng)度往往遠(yuǎn)小于整個(gè)報(bào)文的長(zhǎng)度,，因此，分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小,，但其結(jié)點(diǎn)交換機(jī)必須具有更強(qiáng)的處理能力,。
1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展
下面根據(jù)公開發(fā)表的材料，簡(jiǎn)單介紹—下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展情況,。
最早著手建設(shè)專用計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)的是鐵道部,。鐵道部在1980年即開始進(jìn)行計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)的幾個(gè)結(jié)點(diǎn)是北京,、濟(jì)南,、上海等鐵路局及其所屬的11個(gè)分局。現(xiàn)在鐵道部的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正在擴(kuò)建,，并以建設(shè)鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)為突破口,，加快我國鐵路客票管理和發(fā)售工作現(xiàn)代化的步伐。
1989年11月,，我國第一個(gè)公用分組交換網(wǎng)CNPAC建成運(yùn)行,，在此基礎(chǔ)上，1993年9月建成新的中國公用分組父換網(wǎng),，并將其改稱為CHINAPAC,，由國家主干網(wǎng)和各省（自治區(qū),、直轄市)的省內(nèi)網(wǎng)組成,。由于CHINAPAC采用X.25標(biāo)準(zhǔn)而不是因特網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，因此CHINAPAC基本上已完成了其歷史任務(wù),。
在20世紀(jì)80年代后期,，公安、銀行,、軍隊(duì)以及其他一些部門也相繼建立了各自的專用計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng),。這些專用計(jì)算機(jī)廣域網(wǎng)曾對(duì)數(shù)據(jù)信息的傳送起到了重要的作用。
除了上述的廣域網(wǎng)外,，從20世紀(jì)80年代起,，國內(nèi)的許多單位陸續(xù)建立了大量的局域網(wǎng)。局域網(wǎng)的價(jià)格便宜,，其所有權(quán)和使用權(quán)都屬于本單位,，因此便于開發(fā)、管理和維護(hù),。局域網(wǎng)的發(fā)展很快,，它對(duì)各行各業(yè)的管理現(xiàn)代化和辦公自動(dòng)化已起了積極的作用,。
這里應(yīng)當(dāng)特別提到的是，自20世紀(jì)90年代起,，我國陸續(xù)建造了基于因特網(wǎng)技術(shù)的,、可以和因特網(wǎng)互連的9個(gè)全國范圍的公用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這就是：
中國公用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)CHINANET,；
中國金橋信息網(wǎng)CHINAGBN,；
中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)CERNET；
中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)CSTNET,；
中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET,；
中國網(wǎng)通CNCNET；
中國國際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET,；
中國移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)CMNET,；
中國長(zhǎng)城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET。
上述這些基于因特網(wǎng)技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都發(fā)展得非?？?，幾乎每個(gè)月都有新的發(fā)展。在相關(guān)網(wǎng)站上可查找這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有關(guān)數(shù)據(jù)(如用戶數(shù),、網(wǎng)站數(shù),、主干網(wǎng)帶寬等)。
1.5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類
1.5.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的不同定義
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的精確定義并未統(tǒng)一,。
關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最簡(jiǎn)單的定義是［TANE96］：一些互相連接的,、自治的計(jì)算機(jī)的集合。若按此定義,，則早期的面向終端的網(wǎng)絡(luò)都不能算是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),，而只能稱為聯(lián)機(jī)系統(tǒng)(因?yàn)槟菚r(shí)的許多終端不能算是自治的計(jì)算機(jī))。隨著硬件價(jià)格的下降,，許多終端都具有一定的智能,，因而“終端”和“自治的計(jì)算機(jī)”逐漸失去了嚴(yán)格的界限。因此,，若用微型計(jì)算機(jī)作為終端使用，按上述定義,，則早期的那種面向終端的網(wǎng)絡(luò)也可稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),。
最簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就只有兩臺(tái)計(jì)算機(jī)和連接它們的—條鏈路，即兩個(gè)結(jié)點(diǎn)和—條鏈路,。由于沒有第三臺(tái)計(jì)算機(jī),，因此不存在交換的問題。這樣的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然就不能稱為分組交換網(wǎng),。最復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是因特網(wǎng),。它由非常多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過許多路由器互連而成,。因此因特網(wǎng)也稱為“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(network of networks)。
有時(shí)我們也可能見到“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”這一名詞,。但這個(gè)名詞容易使人誤認(rèn)為這是一種專門為了通信而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然應(yīng)該具有通信的功能，但這種通信功能并非是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最主要的功能,。因此本書不使用“計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)”這一名詞,。
“計(jì)算機(jī)通信”與“數(shù)據(jù)通信”這兩個(gè)名詞也常被混用。早期的數(shù)據(jù)通信與現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)通信顯然是有區(qū)別的,，但隨著技術(shù)的進(jìn)步,，數(shù)據(jù)通信的含義也在發(fā)生變化，因此,，可以認(rèn)為計(jì)算機(jī)通信與數(shù)據(jù)通信是可混用的名詞,。美國的著名期刊Data Communications所刊登的文章現(xiàn)在也都是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的文章。在許多情況下,，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)往往指的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的分組交換網(wǎng),。
最后還要指出，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)雖然有相同之處,，但二者并不等同,。分布式系統(tǒng)的最主要特點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)中的各計(jì)算機(jī)對(duì)用戶都是透明的。也就是說,，對(duì)用戶來說,，這種分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就好像只有一個(gè)計(jì)算機(jī)—樣。用戶通過輸入命令就可以運(yùn)行程序,，但用戶并不知道是哪一個(gè)計(jì)算機(jī)在為他運(yùn)行程序,，而是操作系統(tǒng)為用戶選擇一個(gè)最合適的計(jì)算機(jī)來運(yùn)行其程序，并將運(yùn)行的結(jié)果傳送到合適的地方,，這些都不需要用戶的干預(yù),。而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)則不同，用戶必須先在欲運(yùn)行程序的計(jì)算機(jī)進(jìn)行登錄,，然后按照該計(jì)算機(jī)的地址,，將程序通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送到該計(jì)算機(jī)去運(yùn)行；最后,，根據(jù)用戶的命令將結(jié)果傳送到指定的計(jì)算機(jī),。由此可見，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)并不等同于分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng),，二者的區(qū)別主要是軟件的不同,。一般說來，分布式系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特例,。當(dāng)然,，也有一些分布式系統(tǒng)根本就不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(例如,，分布式計(jì)算機(jī))。
1.5.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)終的幾種不同分類方法
可以從不同的角度對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類,。
1．從網(wǎng)絡(luò)的交換功能進(jìn)行分類,。
網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)者常從交換的功能對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類。常用的交換方法有：①電路交換,；②報(bào)文交換：②分組交換,；④混合交換。前三種交換方式已簡(jiǎn)單介紹過了,?；旌辖粨Q是指在一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)中同時(shí)采用電路交換和分組交換。
2．從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍進(jìn)行分類
從網(wǎng)絡(luò)的作用范圍分類,，可以分為：①局域網(wǎng),；②廣域網(wǎng)；③城域網(wǎng),。
廣城網(wǎng)WAN(Wide Area Network)的作用范圍通常為幾十到幾千公里,。廣域網(wǎng)有時(shí)也稱為遠(yuǎn)程網(wǎng)(Long haul network)。
局域網(wǎng)LAN(Local Area Network)一般用微型計(jì)算機(jī)通過高速通信線路相連(速率通常在10 M Bit/s以上),。但在地理上則局限在較小的范圍(如1km左右),。
城域網(wǎng)MAN(Metropolitan Area Network)的作用范圍在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間，例如作用范圍是—個(gè)城市,，其傳送速率比局域網(wǎng)的更高,，但作用距離約為5～50km。
若中央處理機(jī)之間的距離非常近(如僅1m的數(shù)量級(jí)或甚至更小些),，則一般就稱之為多處理機(jī)系統(tǒng)而不稱它為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),。多個(gè)處理機(jī)互連的系統(tǒng)按其大小的分類如表1-4所示。
應(yīng)當(dāng)指出,，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,，現(xiàn)在局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣城網(wǎng)的界限已經(jīng)變得逐漸模糊了,。
3．從網(wǎng)絡(luò)的使用范圍進(jìn)行分類
從網(wǎng)絡(luò)的使用范圍可以分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)兩種,。
公用網(wǎng)(Public network)一般是國家的郵電部門建造購網(wǎng)絡(luò)。“公用”的意思就是所有愿意按郵電部門規(guī)定交納費(fèi)用的人都可以使用,。因此,，公用網(wǎng)也可稱為公眾網(wǎng)。
專用網(wǎng)(Private network)是某個(gè)部門為本單位的特殊工作的需要而建造的網(wǎng)絡(luò),。這種網(wǎng)絡(luò)不向本單位以外的人提供服務(wù)。例如,，軍隊(duì),、鐵路,、電力等系統(tǒng)均有本系統(tǒng)的專用網(wǎng)。
1.6 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要性能指標(biāo)
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的最主要的兩個(gè)性能指標(biāo)就是帶寬(bandwidth或吞吐量throughput)和時(shí)延
(delay或遲延時(shí)間latency),。下面分別介紹這兩個(gè)指標(biāo)的含義,。
1.6.1 帶寬
“帶寬”本來的意思是指某個(gè)信號(hào)具有的頻帶寬度，我們知道,，—個(gè)特定的信號(hào)往往是由許多不向的頻率成份組成的,，因此，一個(gè)信號(hào)的帶寬是指該信號(hào)的各種不同頻率成份所占據(jù)的頻率范圍,。例如,，在通信線路上傳送的電話信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)帶寬是3.1 kHz(300Hz～3.4kHz，即話音的主要成分的頻率范圍),。帶寬的單位是赫茲(Hz),、千赫(kHz) 、兆赫(MHz)等,。
在過去很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),，通信的主干線路部是傳送模擬信號(hào)(即連續(xù)變化的信號(hào))，因此通信線路的帶寬(這有時(shí)也叫做通頻帶,，表示允許通過的信號(hào)的頻帶范圍)用頻率來度量是很自然的,。線路帶寬的單位是赫茲。當(dāng)通信線路用來傳送數(shù)字信號(hào)時(shí),，若線路的帶寬越大,，則所能傳送的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)率也越高。但現(xiàn)在由于主要的通信主干線路幾乎全都數(shù)字化了,，因此盡管高速數(shù)字線路的頻帶很寬,，但實(shí)際上已很少有人使用線路的帶寬(通頻帶)，而是用所傳送的數(shù)字信號(hào)的數(shù)據(jù)率來表示線路的帶寬,。
因此,，對(duì)于數(shù)字信道，“帶寬”是指在信道上(或一段鏈路上)能夠傳送的數(shù)字信號(hào)的速率,，即數(shù)據(jù)率或比特率,。比特(bit)是計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)的最小單元，它也是信息量的度量單位,。bit來源于binary digit,，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè)1或0,。這樣,，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，帶寬的單位就是比特每秒(bit/s),，而更常用的帶寬單位是千比特每秒Kbit/s,、兆比特每秒M Bit/s,、吉比特每秒G Bit/s、太比特每秒T bit/s?，F(xiàn)在人們常用更簡(jiǎn)單的并且是很不嚴(yán)格的記法來描述網(wǎng)織或鏈路的帶寬,，如10 M或10G，而省略了后面的bit/s,它的意思就表示數(shù)據(jù)率(即帶寬)為10 M Bit/s或10 G Bit/s,。
正是因?yàn)閹挻頂?shù)字信號(hào)的發(fā)送速率,，因此帶寬有時(shí)也稱為吞吐量。在實(shí)際應(yīng)用中,，吞吐量常用每秒發(fā)送的比特?cái)?shù)(或字節(jié)數(shù),、幀數(shù))來表示。
順便指出,，在通信領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域,，對(duì)數(shù)量單位“千”、“兆”和“吉”等的英文縮寫意思略有不同,。在計(jì)算機(jī)中大寫K表示l024,，而不是1000。 在通信領(lǐng)域小寫的k表示1000而不是1024,。但請(qǐng)讀者注意,，有的書也不這樣嚴(yán)格區(qū)分，而是用大寫的K既表示1000又表示1024,。同樣,，在計(jì)算機(jī)中，1MB或1GB也并非表示106或l09個(gè)字節(jié),，而是表示1048576或1073741824個(gè)字節(jié)(一字節(jié)byte代表8個(gè)比特,，它的縮寫是大寫B)。
如果我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中某一個(gè)點(diǎn)上觀察數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化,，那么信號(hào)在時(shí)間軸上的寬度就隨著帶寬的增大而變窄,。例如，當(dāng)信號(hào)為1和0相間的脈沖時(shí),，在帶寬為1 M Bit/s鏈路上,，每一個(gè)比特在時(shí)間軸上的寬度為1us，但當(dāng)帶寬為4 M Bit/s的鏈路上,每—個(gè)比特在時(shí)間軸上的寬度就減小到原來的四分之一,，即只有0.25us：圖1-13是這—概念的示意圖：
圖1-13 信號(hào)在時(shí)間軸上的寬度就隨著帶寬的增大而變窄
1.6.2 時(shí)延
時(shí)延(delay或latency)是指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)(或一條鏈路)的—端傳送到另一端所需的時(shí)間,。需要注意的是，時(shí)延是由以下幾個(gè)不同的部分組成的,。
1）傳播時(shí)延
傳播時(shí)延是電磁波在信道中傳播所需要的時(shí)間,。傳播時(shí)延的計(jì)算公式是：
傳播時(shí)延＝倍道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速率 (1-1)
電磁波在自由空間的傳播速率是光速，即300,000km/s。電磁波在介質(zhì)中的傳播速率比在自由空間要略低—些,，在電纜中的傳播速率約為230,000km/s,。在光纖中的傳播速率約為200,000km/s。
例如,，1000km長(zhǎng)的光纖線路帶來的傳播時(shí)延大約為5ms。
(2)發(fā)送時(shí)延
發(fā)送時(shí)延是發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間,。發(fā)送時(shí)延的計(jì)算公式是：
發(fā)送時(shí)延＝數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度/信道帶寬 (1-2)
信道帶寬就是數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率,，它也常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。信道傳輸速率和電磁波在信道上的傳播速率是兩個(gè)完全不同的概念,，不可弄混,。
(3)排隊(duì)時(shí)延
這是數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)等候發(fā)送在緩存的隊(duì)列中排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。這種時(shí)延的大小主要取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量,。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時(shí)．還會(huì)發(fā)生隊(duì)列溢出,，使數(shù)據(jù)丟失，這相當(dāng)于排隊(duì)時(shí)延為無窮大,。
這樣,，數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時(shí)延就是以上三種時(shí)延之和。
總時(shí)延＝傳播時(shí)延+發(fā)送時(shí)近+排隊(duì)時(shí)延 (1-3)
需要指出的是,，在總時(shí)延中,，究竟是哪一種時(shí)延占主導(dǎo)地位，必須具體分析?，F(xiàn)在我們暫時(shí)不考慮排隊(duì)時(shí)延,。假定有一個(gè)l00 MB的數(shù)據(jù)塊(這里的M顯然是指220,而B是字節(jié)，1字節(jié)有8個(gè)比特)在帶寬為l M Bit/s的信道上的發(fā)送時(shí)延是100×1048576×8/106＝838．9s,，即將近要用14min才能把這樣大的數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢,。然而，若將這樣的數(shù)據(jù)用光纖傳送到1000km遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī),，那么每—個(gè)比特在1000km的光纖上只需用5ms就能傳送到目的地,。因此對(duì)于這種情況，發(fā)送時(shí)延占主導(dǎo)地位,。如果我們將傳播距離減小到1km,，那么傳播時(shí)延也會(huì)相應(yīng)地減小到原來數(shù)值的千分之—。然而,，由于傳播時(shí)延在總時(shí)延小的比重是微不足道的,，因此總時(shí)延的數(shù)值基本上還是原來由發(fā)送時(shí)延決定的數(shù)值。
再看一個(gè)例子,。要傳送的數(shù)據(jù)僅有一個(gè)字節(jié)(即在鍵盤上鍵入—個(gè)字符,，也就是8bit)。在1M Bit/s的信道上的發(fā)送時(shí)延是8/106＝8us。當(dāng)傳播時(shí)延為5ms時(shí),，總時(shí)延為5.008ms,。顯然，在這種情況下,，傳播時(shí)延決定了總時(shí)延,。這時(shí)，即使再提高信道的帶寬1000倍(即將數(shù)據(jù)的發(fā)送速率提高到1G Bit/s),，總時(shí)延也不能減小多少,。這個(gè)例子告訴我們，不能籠統(tǒng)地認(rèn)為：“數(shù)據(jù)的發(fā)送速率越高,，傳送得就越快”,。這是因?yàn)閿?shù)據(jù)傳送的總時(shí)延是由公式(1-3)等號(hào)右端的三項(xiàng)時(shí)延組成的，不能僅考慮發(fā)送時(shí)延一項(xiàng),。
圖1-14畫出了三種時(shí)延所產(chǎn)生的地方,，希望讀者能夠更好地分清這三種時(shí)延。
圖1-14三種時(shí)延所產(chǎn)生的地方不一樣
必須強(qiáng)調(diào)指出,，初學(xué)網(wǎng)絡(luò)的人容易產(chǎn)生這樣錯(cuò)誤的概念,，就是“在高速鏈路(或高帶寬鏈路)上．比特傳播得更快些”。這是不準(zhǔn)確的,。我們知道,，汽車在質(zhì)量很好的高速公路上可以明顯地提高行駛速率，然而對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路,，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率,。荷載情息的電磁波在通信線路上的傳播速率(這是光速的數(shù)量級(jí))并沒有改變，即比特的傳播時(shí)延與鏈路的帶寬并無關(guān)系,。提高鏈路速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延,。還有一點(diǎn)也應(yīng)當(dāng)注意，就是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率的單位是每秒發(fā)送多少個(gè)比特,，而傳播速率的單位是每秒傳播多少公里,。因此，通常所說的“光纖信道的傳輸速率高”是指光纖信道的發(fā)送速率高,，可光纖信道的傳播速率實(shí)際上還要比銅線的傳播速率略低—點(diǎn),，因?yàn)榻?jīng)過測(cè)量得知光在光纖中的傳播速率和電磁波在銅線(如5類線)中的傳播速率分別為每秒20.5萬公里和每秒23.1萬公里。上述這個(gè)概念請(qǐng)讀者務(wù)必弄清,。
1.6.3 時(shí)延帶寬積和往返時(shí)延
將以上討論的網(wǎng)絡(luò)性能的兩個(gè)度量——傳播時(shí)延和帶寬一一相乘,，就得到另一個(gè)很有用的度量：傳播時(shí)延帶寬積，即[(傳播時(shí)延)x(帶寬)],。我們可以用圖1-15的示意圖來表示時(shí)延帶寬積,。這是一個(gè)代表鏈路的空心管道,，管道的長(zhǎng)度是鏈路的傳播時(shí)延，而管道的截面積是鏈路的帶寬,。因此時(shí)延帶寬積就表示這個(gè)管道的體積,，表示這樣的鏈路可容納多少個(gè)比特。例如,，鏈路的傳播時(shí)延為20ms,，帶寬為10M Bit/s。時(shí)延帶寬積＝20×10-3×10×106=2×105
bit,。這就表示,，若發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則在發(fā)送的第一個(gè)比特即將達(dá)到終點(diǎn)時(shí),，發(fā)送端就已經(jīng)發(fā)送了20萬個(gè)比特，而這20萬個(gè)比特都正在鏈路上傳輸,。因此,，鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。
圖1-15鏈路像的空心管道
有時(shí)在發(fā)送端和接收端之間相隔有好幾個(gè)網(wǎng)絡(luò),。發(fā)送端發(fā)送出去的數(shù)據(jù)要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)發(fā)才能達(dá)到接收端,。這時(shí)我們?nèi)匀豢梢允褂蒙厦孢@樣的從發(fā)送端到接收端的傳輸管道，以及使用時(shí)延帶寬積這個(gè)度量,。但這時(shí)管道的時(shí)延就不再僅僅是網(wǎng)絡(luò)的傳播時(shí)延,，而是從發(fā)送端到接收端的所有時(shí)延的總和，包括在所有各中間結(jié)點(diǎn)引起的排隊(duì)時(shí)延和發(fā)送時(shí)延,。這時(shí)的管道只是一種抽象的概念,，而管道中的比特?cái)?shù)表示從發(fā)送端發(fā)出的但尚未達(dá)到接收端的比特。
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中,，往返時(shí)延RTT(Round-Trip Time)也是一個(gè)重要的性能指標(biāo),。它表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認(rèn),?？偣步?jīng)歷的時(shí)延。對(duì)于上述例子,，往返時(shí)延RTT是40ms,，而往返時(shí)延和帶寬的乘積是400,000bit。對(duì)于復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng),，往返時(shí)延要包括各中間結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)時(shí)延和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)的發(fā)送時(shí)延,。
往返時(shí)延帶寬積的意義就是當(dāng)發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在收到對(duì)方的確認(rèn)之前,，就已經(jīng)將這樣多的比特發(fā)送到鏈路上了,。對(duì)于上述例子,，如果數(shù)據(jù)的傳送終點(diǎn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)了差錯(cuò)，那么發(fā)送端得知這—信息時(shí),，即使立即停止發(fā)送,，也已經(jīng)發(fā)送了40萬個(gè)比特了。
對(duì)于一條正在傳送數(shù)據(jù)的鏈路,，只有在代表鏈路的管道都充滿比特時(shí),，鏈路才得到充分的利用。
1．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可劃分為幾個(gè)階段,？每個(gè)階段各有什么特點(diǎn),？
2．試簡(jiǎn)述分組交換的要點(diǎn)。
3. 試比較電路交換,、報(bào)文交換和分組交換的主要優(yōu)缺點(diǎn),。
4．為什么說因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革
5．試討論在廣播式網(wǎng)絡(luò)中對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的處理方法。討論是否需要這一層,。
6．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可從哪幾個(gè)方面進(jìn)行分類
7．試在下列條件下比較電路交換和分組交換,。要傳送的報(bào)文共x(bit)，從源站到目的站共經(jīng)過k段鏈路,，每段鏈路的傳播時(shí)延為d(s),，數(shù)據(jù)率為C(bit/s)。在電路交換時(shí)電路的建立時(shí)間為s(s),。在分組文換時(shí)分組長(zhǎng)度為P(bit),，且各結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等待時(shí)間可忽略4i計(jì)，問在怎樣的條件下,，分組交換的時(shí)延比電路交換的要小
8．在上題的分組交換網(wǎng)中,，設(shè)報(bào)文長(zhǎng)度和分組長(zhǎng)度分別為x和(P+h)(bit)，其中 p為分組的數(shù)據(jù)部分的長(zhǎng)度,，而h為每個(gè)分組所帶的控制信息固定長(zhǎng)度,，與 P的大小無關(guān)。通信的兩端共經(jīng)過k段鏈路,。鏈路的數(shù)據(jù)率為b(bit/s),，但傳播時(shí)延和結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)時(shí)間均可忽略個(gè)計(jì)，若打算使總的時(shí)延為最小,，問分組的數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度p應(yīng)取為多大
9．什么是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)鏈路的帶寬 帶寬的單位是什么 什么是數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延,，傳播時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延和往返時(shí)延(RTT)
10. 試計(jì)算以下兩種情況的發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延：
(1)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為10^7bit,，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為100Kbit/s,，傳輸距離為1000km，信號(hào)在媒體上的傳播速率為2x10^8m/s,。
(2)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為10^3bit,，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1G Bit/s,，傳輸距離和信號(hào)在媒體上的傳播速率同上。
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