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计算机网络论文第一节计算机网络在信息时代中的作用21 世纪的一些重要特征就是数字化、网络化和信息化，它是一个以网络为核心的信息时代；网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础；网络是指“三网”，即电信网络、有线电视网络和计算机网络；发展最快的并起到核心作用的是计算机网络。第二节 计算机网络在我国的发展(1) 中国公用计算机互联网 CHINANET(2) 中国教育和科研计算机网 CERNET(3) 中国科学技术网 CSTNET(4) 中国联通互联网 UNINET(5) 中国网通公用互联网 CNCNET(6) 中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7) 中国移动互联网 CMNET (8) 中国长城互联网 CGWNET（建设中）(9) 中国卫星集团互联网 CSNET（建设中） 第三节计算机网络的体系结构 一、计算机网络体系结构的形成只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。在市场化方面 OSI 却失败了。两种国际标准：国际标准 OSI、非国际标准 TCP/IP。 TCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。 二、划分层次的必要性计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则； 这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）； 为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定即网络协议(network protocol)，简称为协议。网络协议的组成要素：语法、 语义、 同步。 分层的好处：各层之间是独立的、 灵活性好、结构上可分割开、易于实现和维护、 能促进标准化工作。 计算机网络的体系结构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。三、计算机网络的原理体系结构TCP/IP 是四层的体系结构：应用层、运输层、网际层和网络接口层。四、实体、协议、服务和服务访问点实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 在协议的控制下，两个对等实体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。 要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。 同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 五、面向连接服务和无连接服务面向连接服务(connection-oriented) ：具有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。无连接服务(connectionless) ：两个实体之间的通信不需要先建立好连接， 是一种不可靠的服务。第四节 计算机网络的分类一、 广域网广域网（WAN）又称远程网，其分布范围可达数百公里甚至更远，可覆盖一个地区，一个国家，乃至全世界。广域网可以分为公共传输网络,专用传输网络和无线传输网络. (1) 公共传输网络 一般是由政府电信部门组建,管理和控制,网络内的传输和交换装置可以提供(或租用)给任何部门和单位使用.公共传输网络大体可以分为两类: 电路交换网络.主要包括公共交换电话网(PSTN)和综合业务数字网(ISDN). 分组交换网络.主要包括X.25分组交换网,帧中继和交换式多兆位数据服务(SMDS) (2) 专用传输网络 由一个组织或团体自己建立,使用,控制和维护的私有通信网络. 专用传输网络主要是数字数据网(DDN) . (3)无线传输网络 主要是移动无线网.典型的无线传输网有GSM和GPRS技术等.广域网广域网wide area network在一个广泛范围内建立的计算机通信网。广泛的范围是指地理范围而言，可以超越一个城市，一个国家甚至及于全球。因此对通信的要求高、复杂性也高。广域网简称WAN。在实际应用中，广域网可与局域网(LAN)互连，即局域网可以是广域网的一个终端系统。组织广域网，必须按照一定的网络体系结构和相应的协议进行，以实现不同系统的互连和相互协同工作。广域网 - 主要特点（1）主要提供面向通信的服务，支持用户使用计算机进行远距离的信息交换； （2）覆盖范围广，通信的距离远，需要考虑的因素增多，如媒体的成本、线路的冗余、媒体带宽的利用和差错处理等； （3）由电信部门或公司负责组建、管理和维护，并向全社会提供面向通信的有偿服务、流量统计和计费问题。广域网 - 广域网链路电路交换 广域网链路分成两种：一种是专线连接，另一种是交换连接。专线是永久的点到点的服务，常用于为某些重要的公司、学校等提供的核心或者骨干连接。交换连接可以分成3种：电路交换、包交换和信元交换。 1)电路交换 电路交换是广域网所使用的一种交换方式。可以通过运行商网络为每一次会话过程建立，维持和终止一条专用的物理电路。电路交换也可以提供数据报和数据流两种传送方式。电路交换在电信运营商的网络中被广泛使用，其操作过程与普通的电话拨叫过程非常相似。综合业务数字网（ISDN）、DDR就是一种采用电路交换技术的广域网技术。电路交换技术的示意图如下：2）包交换 包交换也是一种广域网上经常使用的交换技术，通过包交换，网络设备可以共享一条点对点链路通过运营商网络在设备之间进行数据包的传递。包交换主要采用统计复用技术在多台设备之间实现电路共享。帧中继、SMDS（交还式多兆位数据服务）以及X.25等都是采用包交换技术的广域网技术。3）信元交换 什么是“信元”？把已经数字化的语音、数据和图像等信息分割成许多固定长度的分组，这个分组就叫信元。每个信元的固定长度是53个字节，分成信头和信息域两个部分。信头的长度是5个字节，在信元的前面部分，内容是各种控制信息，主要是去向地址等；信息域的长度是48个字节，是在信头的后面，内容是用户要传送的信息。各种要传送的信息不论是语音、数据还是图像，都要先分割成信元。所有用户发出的信元都汇集到一个缓冲存储器中，在这里排队等候传送。传送是采用“统计复用”、“见空就传”的方式（参见“统计复用”一条）。不论是哪个用户发的信息，都同样排队输入，使任何业务都能按实际需要使用信道资源，最大限度地利用信道资源，并能真正实现业务的综合。ATM就是一种信元交换的方式。异步转移模式（asynchronocis transfer mode），也有人称之为异步传递方式，简称ATM。ATM的基本特征是信息的传输、复用和交换都是以“信元”为基本单位。广域网 - 关键技术 在广域网中常常可以发现其关键技术，包括 SONET、帧中继、X.25、ATM 和 PPP 。ATM：是一种专用连接交换技术，它以53字节为单位将数字信息封装成若干个单元。单个的数据包单元并不会与其它相关的数据包单元同时进行处理，在沿着通信线路被多路传输之前，它们处于队列中。ATM 网络的带宽可达到 10Gbps。 帧中继（FR）：是一种高速的分组交换数据通信服务，与 X.25 类似。帧中继广泛地用于局域网对局域网之间的连接服务，也特别适合局域网环境中突飞猛进的需求。 同步光学网络（SONET）/ 数字分级网络（SDH）：是一种利用光纤网络进行高速通信的国际标准。SONET 能够建立起光学媒体（OC）等级的网络通信，带宽介于 51.8Mbps 和 10Gbps（OC-192）之间，或更高。数字分级网络是欧洲的与 SONET 相对等的产物。 X.25：X.25 协议支持不同公共网络上的计算机在网络层上利用中间计算机进行通信。 端对端协议（PPP）：点对点连接提供了一条单一的，从用户房屋到远程网络的广域网通信线路，且该线路是预先制定的、并通过媒体进行传输，如通过电话公司进行传输。点对点连接线路通常是向媒体公司租赁的，因此通常也叫做租用线。媒体公司需要向用户的点对点连接线路分配专用的双绞线和硬件设备。 交换式多兆位数据服务（SMDS）：是宽带技术的一种，由 Bellcore 开发。它以 IEEE 802.6 的分布排列双总线（DQDB）技术为基础。SMDS 能够使用光纤或铜质的媒介。它支持的带宽包括 DS-1 的 1.544Mpbs 或 DS-3 的 44.736 Mbps。 广域网 - 接入方式1 公共交换电话网（PSTN） 模拟拨号服务是基于标准电话线路的电路交换服务，这是一种最普遍的传输服务，往往用来作为连接远程瑞点的连接方法，比较典型的应用有：远程瑞点和本地LAN之间互连、远程用户拨号上网，用作专用线路的备份线路。 由于模拟电话线路是针对话音频率（304000Hz）优化设计的，使得通过模拟线路传输数据的速率被限制在33.4kbit/s以内，而且模拟电话线路的质量有好有坏，许多地方的模拟电话线路的通信质量无法得到保证，线路噪声的存在也将直接影响数据传输速率。2 综合业务数字网（ISDN） 综合业务数字网（ISDN）为用户提供端一端数字通信线路，目前ISDN有两类接口标准：基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）。基本速率接口（BR）提供2BD数字通道，其中2个B通道（每个B通道为64kbit/s）是承载通道，用于完成两端之间数据传输， D通道（16kbit/s）是控制通道，用于在用户和ISDN交换节点之间传输呼叫控制协议报文。一次群有两种速率标准，一种和E1线路的传输速率相对应，为31个B通道，另一种和T1线路的传输速率相对应，为24个B通道，其中一个B通道用作信令传输通道，相当于BRI的D通道。ISDN用户端和ISDN交换节点之间的连接也采用普通观绞线，因此当用户要求把模拟电话线路改成综合业务数字网（ISDN）线路时，不用重新铺设用户线路。 虽然模拟拨号服务和ISDN服务都属于电路交换服务，但两者还是存在很大差别。由于ISDN直接在端一端之间提供数字通道，不但传输速率高，达到264kbit/s（BRI），而且可以通过数字通道传输语音、数据和图像信息。由于传输数字信号，信号整形和再生不会引入噪声，这将使ISDN线路的传输质量远远高于普通模拟电话线路。 ISDN高速、高可靠、快速呼叫连接和模拟拨号服务相同的用户线路等特点，使得ISDN线路越来越多地被用户用来连接远程瑞点。3 X.25分组交换网X.25是目前使用最广泛的协议标准，多年来一直作为用户网和分组交换网络之间的接口标准。分组交换网络动态地对用户传输的信息流分配带宽，有效地解决了突发性、大信息流的传输问题，分组交换网络同时可以对传输的信息进行加密和有效的差错控制。虽然各种错误检测和相互之间的确认应答浪费了一些带宽，增加了报文传输延迟，但对早期可靠性较差的物理传输线路来说，不失为一种提高报文传输可靠性的有效手段。 但随着光纤越来越普遍地作为传输媒体，传输出错的概率越来越小，在这种情况下，重复地在链路层和网络层实施差错控制，不仅显得冗余，而且浪费带宽，增加报文传输延迟。 由于X.25分组交换网络是在早期低速。高出错率的物理链路基础上发展起来的，其特性已不适应目前高速远程连接的要求，因此一般只用于要求传输费用少，而远程传输速率要求又不高的广域网使用环境。广域网 - 提供的服务数据报服务从层次上来看，广域网的最高层就是网络层。网络层为连接在网络上的主机提供的服务可以分为两大类：数据报服务和虚电路服务。1. 数据报服务 数据报服务（无连接的），是指网络随时可以接受主机发送的分组（即数据报）。网络为每个分组独立地选择路由。网络只是尽最大努力将分组交付给目的主机，但对源主机没有任何承诺。数据报服务是不可靠的，它不能保证服务质量。2. 虚电路服务虚拟电路是一种逻辑电路，可以在两台网络设备之间实现可靠通信。虚拟电路有两种不同形式，分别是交换虚拟电路（SVC）和永久性虚拟电路（PVC）。SVC是一种按照需求动态建立的虚拟电路，当数据传送结束时，电路将会被自动终止。SVC上的通信过程包括3个的阶段，电路创建、数据传输和电路终止。电路创建阶段主要是在通信双方设备之间建立起虚拟电路；数据传输阶段通过虚拟电路在设备之间传送数据；电路终止阶段则是撤消在通讯设备之间已经建立起来的虚拟电路。SVC主要适用于非经常性的数据传送网络，这是因为在电路创建和终止阶段SVC需要占用更多的网络带宽。不过相对于永久性虚拟电路来说，SVC的成本较低。PVC是一种永久性建立的虚拟电路，只具有数据传输一种模式。PVC可以应用于数据传送频繁的网络环境，这是因为PVC不需要为创建或终止电路而使用额外的带宽，所以对带宽的利用率更高。不过永久性虚拟电路的成本较高。广域网 - 路由选择机制路由表节点交换机中的路由表。所谓路由，就是在分组到达节点交换机的时候，节点交换机要选择用时最少的路径或是费用最小的路径，然后将分组转发。每个节点交换机中都储存有一张路由表，节点交换机通过查找路由表，来决定分组应该走的路线。路由表通常不指明路由的完整路径，而是指出去某个目的地的下一个节点以及到达那里的费用。例如，如下图中的网络，其中的费用与相邻节点的连接有关。假如要找出最经济的路线，即路线中相邻节点间的连接费用总和最小。例如，从A到F有多条路线，但最经济的是从A到B（费用2），B到E（费用3），以及E到F（费用2），总费用是7。显示了节点A、B和E的部分路由表。节点A的表指出送往节点B、E或F的所有信息都应直接传输给B，然后节点B的表指出最经济的路线中的下一节点。类似地，送往C或D的任何信息都应先送至节点C，然后C的路由表指出下一步。举例来说，假设节点A中的一个应用要向节点F传输数据。首先， A的逻辑在它的路由表中寻找目的为F的条目。此条目列出节点B是后继点，网络协议将数据发送给B。然后，B的逻辑检查它的路由表，寻找对应于目的F的条目，表中的第3条指出接着数据应送往节点E。最后，节点E的路由表指出F是路径中的下一节点。二、城域网城域网(Metropolitan Area Network)是在一个城市范围内所建立的计算机通信网，简称MAN。属宽带局域网。由于采用具有有源交换元件的局域网技术，网中传输时延较小，它的传输媒介主要采用光缆，传输速率在l00兆比特/秒以上。MAN的一个重要用途是用作骨干网，通过它将位于同-城市内不同地点的主机、数据库，以及LAN等互相联接起来，这与WAN的作用有相似之处，但两者在实现方法与性能上有很大差别。MAN不仅用于计算机通信，同时可用于传输话音、图像等信息，成为一种综合利用的通信网，但属于计算机通信网的范畴，不同于综合业务通信网(ISDN)。城域网 - 基本概述城域网拓扑图城域网位于骨干网与接入网的交汇处，是通信网中最复杂的应用环境，各种业务和各种协议都在此汇聚、分流和进出骨干网。多种交换技术和业务网络并存的局面是城域网建设所面对的最主要问题。 总体来说，宽带城域网的建设应包括城域光传送网、宽带数据骨干网、宽带接入网和宽带城域网业务平台等几个层面。新一代的宽带城域网应以多业务的光传送网为开放的基础平台，在其上通过路由器、交换机等设备构建数据网络骨干层，通过各类网关、接入设备实现语音、数据、图像、多媒体、IP业务接入和各种增值业务及智能业务，并与各运营商的长途骨干网互通，形成本地市综合业务网络，承担城域范围内集团用户、商用大楼、智能小区的业务接入和电路出租业务，具有覆盖面广、投资量大、接入技术多样化、接入方式灵活，强调业务功能和服务质量等特点。城域网 - 承载业务的要求与特征波长变换器城域网络分为3个层次：核心层、汇聚层和接入层。 核心层主要提供高带宽的业务承载和传输，完成和已有网络(如ATM、FR、DDN、IP网络)的互联互通，其特征为宽带传输和高速调度。汇聚层的主要功能是给业务接入节点提供用户业务数据的汇聚和分发处理，同时要实现业务的服务等级分类。接入层利用多种接入技术，进行带宽和业务分配，实现用户的接入，接入节点设备完成多业务的复用和传输。随着技术的发展和需求的不断增加，业务的种类也不断发展和变化着，从传统的语音业务到图像和视频业务，从基础的视听服务到各种各样的增值业务，从64 kb/s的基础服务到2.5 Gb/s/10 Gb/s的租线业务，各种业务层出不穷。不同的业务都有不同的带宽需求，不同的服务需求。从业务服务质量(QoS)角度上讲，业务大致可以分为以下几种类型：高服务质量的语音业务和视频业务；大客户专线；数据通信网(DCN)的数据业务；各种数据增值业务；互联网业务。每种类型的业务要求的服务等级不同，安全保护级别也不同。随着互联网业务及各种增值业务的不断发展，城域网要求的带宽也越来越宽，当前的城域网已经成为了业务发展的“瓶颈”。此外，多种类型的业务对城域网的综合接入和处理，也提出了较高的要求。总的来说，分组化和宽带化是业务的发展趋势。城域网 - 现网使用的城域网络技术多业务传送平台 多业务传送平台(MSTP)是基于SDH平台技术开发的具备二层透传功能的传送平台。MSTP实现了虚级联(VC)、链路容量调整机制(LCACS)等技术，同时可以内嵌弹性分组环(RPR)等二层处理技术，在集成了IP选路、以太网、帧中继或ATM后，可以通过统计复用来提高时分复用(TDM)通路的带宽利用率和减少局端设备的端口数；MSTP很好地继承了SDH的高可靠性、高QoS的特点，同时能够直接支持IP业务，提供快速以太网(FE)、千兆比以太网(GE)接口；此外，MSTP还可以通过内嵌RPR或者多协议标记交换(MPLS)等处理技术，实现IP的增强功能及提供端到端的差异化服务；最后，MSTP还可以方便地完成协议终结和转换功能，使运营商可以在网络边缘提供多种不同业务，而且可以同时将这些业务的协议转换成其特有的骨干网协议。这类解决方案涉及多层帧的映射而导致带宽效率低下，开销处理复杂。这种方案基于同步工作，抖动要求严，设备成本较高，此外，这种结构带宽配置时间仍较长。MSTP毕竟是基于SDH的平台，其TDM的交叉矩阵必然会限制IP化业务的使用效率。随着TDM业务逐步消退和IP业务快速增长，基于SDH的多业务传送平台(MSTP)的作用会越来越弱化。基于波分复用技术的多业务平台方案密集波分复用(DWDM)技术在广域网的应用中获得巨大成功，已成为主流，但是不能简单地将广域网DWDM方案用于城域网。城域WDM与长途WDM有着不同的发展动因和特点。WDM应用于长途传输的最大价值就是节省昂贵的长途光纤资源，但在城域网中，由于传输距离短，敷设光纤的造价比长途干线要低廉得多，这样节点设备就成为城域传送网成本中占主导地位的因素，虽然节省光纤对于某些城域网或某些区段来说也很有意义，但业务的灵活性、可管理性和降低设备成本对于城域应用更为重要。城域WDM网络的特点是能在同一平台上支持多业务，对速率与协议要透明，设备价格要低廉，有良好的扩展性以适应城域业务需求的多变性。在城域网中，由于传送距离短，容量要求不是很大，因此可以使用较为低廉的稀疏波分复用(CWDM)技术来实现。发展城域WDM光网络不但能为城域IP网/以太网的发展提供强大的带宽支撑，而且在灵活性、安全性和提高资源利用率等方面与单纯的光纤直连方式相比都有很大的优势，此外利用WDM网还可以开展按需带宽(BoD)、波长批发、波长出租、光虚拟专用网(OVPN)、光组播等新业务。虽然WDM技术有很多优点，但是由于其保护技术还不如SDH灵活，此外，波长管理能力及分等级服务能力还有待提高。所以目前WDM在城域网中的应用还有所欠缺，不过随着业务增长的需求及光交叉连接器(OXC)、可重构光分插复用器(OADM)的逐步成熟，WDM在城域网络中将会发挥越来越重要的作用。增强型以太网技术增强型以太网技术，是指将传统以太网应用到电信网的技术。增强型以太网技术具备网络和业务可扩展性、运营级网管能力和QoS保障能力，从而可以解决IP/以太网/TDM等多业务的传送问题，并向城域乃至广域延伸，推动传统电信运营商向分组化网络转型。城域网 - 城域网技术及其特点路由器1、光纤直连技术及特点 光纤直连技术是指以太网交换机、路由器、ATM交换机等IP城域网网络设备直接通过光纤相连。严格来说这并不是一种城域传输方案，但由于目前在IP城域网中已经采用了很多光纤直连的方案，所以我们在这里把光纤直连作为一种传输技术来介绍，如图1所示。IP城域网设备的光接口以点对点方式直连，业务接入设备也通过光纤与骨干设备直接连接。光纤直连技术舍弃了传输设备，方案简单，成本低廉，但有比较明显的缺点：首先，由于没有传输层，光纤质量、性能监测和保护等无法实现。其次，光纤利用率较低，浪费严重，每两个业务接入点需要一对光纤，一个业务接点如果与其他业务接点都有业务互通，光纤数量呈阶乘增长。最后，业务端口压力大。每加入一个新节点，交换机或路由器等IP城域网设备就需增加一个接入端口。因此，这种方式只适用于节点数不是很多或节点距离比较近的局域网络等场合。2、多业务传送平台技术(MSTP)及特点由于SDH/SONET已经占了传输网络非常大的份额，必然会在以数据通信为代表的IP城域网中发挥重要作用。基于技术成熟性、可靠性和总体成本等方面的综合考虑，以SDH/SONET为基础的多业务解决方案仍将在可预见的未来扮演重要的角色，这一点在城域网应用领域显得尤为突出。SDH/SONET环路在网络性能监视、故障恢复及可靠性方面有着得天独厚的优势，非常适合时间敏感型语音业务的需求，同时满足电信级别的高性能要求。然而，SDH/SONET又是一个以复杂的集中式供应和有限的扩展性为特征的体系结构，难以处理以突发性和不平衡性为特点的IP业务。SDH/SONET技术本身也在不断发展，SDH/SONET技术的特有优势将在近期内继续得以保持，它将继续在高低端领域以及在支持异步传输模式(ATM)、IP和以太网透明传输等方面发挥潜力。改造后的SDH/SONET的功能模块，先由各个业务接口模块将多种业务适配映射至不同的VC，然后通过高低阶的交叉矩阵进行调配，实现支路到支路，支路到线路，线路到线路的全交叉连接。实际上，改造后的SDH/SONET设备早已突破了以往ADM的模式，支路和线路已无速率上的分别，而只