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第一章计算机网络基础 (3)

第二章网络传输介质 (18)

第三章组建简单网络 (50)

第四章网络协议与标准 (67)

第五章网络寻址 (98)

第六章网段分割 (132)

第七章路由技术 (140)

第八章建设TCP/IP局域网 (165)

第九章广域网 (187)

第十章互联网接入技术 (224)

第十一章网络管理与网络安全 (241)

第一章计算机网络基础

1.1 计算机网络的发展

尽管电子计算机在上世纪40年代研制成功，但是到了30年后的80年代初期，计算机网络仍然被认为是一个昂贵而奢侈的技术。近20年来，计算机网络技术取得了长足的发展，在今天，计算机网络技术已经和计算机技术本身一样精彩纷呈，普及到人们的生活和商业活动中，对社会各个领域产生了如此广泛而深远的影响。

1.1.1早期的计算机通讯

在PC计算机出现之前，计算机的体系架构是：一台具有计算能力的计算机主机挂接多台终端设备。终端设备没有数据处理能力，只提供键盘和显示器，用于将程序和数据输入给计算机主机和从主机获得计算结果。计算机主机分时、轮流地为各个终端执行计算任务。

这种计算机主机与终端之间的数据传输，就是最早的计算机通讯。

图4.1 计算机主机与终端之间的

数据传输

尽管有的应用中计算机主机与终端之间采用电话线路连接，距离可以达到数百公里，但是，在这种体系架构下构成的计算机终端与主机的通讯网络，仅仅是为了实现人与计算机之间的对话，并不是真实意义上的计算机与计算机之间的网络通讯。

1.1.2分组交换网络

一直到1964年美国Rand公司的Baran提出“存储转发”

和1966年英国国家物理实验室的Davies提出“分组交换”的方法，独立于电话网络的、实用的计算机网络才开始了真正的发展。

分组交换的概念是将整块的待发送数据划分为一个个更小的数据段，在每个数据段前面安装上报头，构成一个个的数据分组（Packets）。每个Packet的报头中存放有目标计算机的地址和报文包的序号，网络中的交换机根据数据这样的地址决定数据向哪个方向转发。在这样概念下由传输线路、交换设备和通讯计算机建设起来的网络，被称为分组交换网络。

图 4.2 分组交

换网

分组交换网络的概念是计算机通讯脱离电话通讯线路交换模式的里程碑。电话通讯线路交换的模式下，在通讯之前，需要先通过用户的呼叫（拨号），有网络为本次通讯建立线路。这种通讯方式不适合计算机数据通讯的突发性、密集性特点。而分组交换网络则不需要实现建立通讯线路（？“实

现建立通信线路”这句话不通），数据可以随时以分组的形式发送到网络中。分组交换网络不需要呼叫建立线路（？“呼叫建立线路”这样的说法让人不太理解）的关键在于其每个数据包（分组）的报头中都有目标主机的地址，网络交换设备根据这个地址就可以随时为单个数据包提供转发，将之沿正确的路线送往目标主机。

美国的分组交换网ARPANET于1969年12月投入运行，被公认是最早的分组交换网。法国的分组交换网CYCLADES 开通于1973年，同年，英国的NPL也开通了英国第一个分组交换网。到今天，现代计算机网络：以太网、帧中继、Internet 都是分组交换网络。

1.1.3以太网

以太网目前在全球的局域网技术中占有支配地位。以太网的研究起始与1970年早期的夏威夷大学，目的是要解决多台计算机同时使用同一传输介质而相互之间不产生干扰的问题。夏威夷大学的研究结果奠定了以太网共享传输介质的技术基础，形成了享有盛名的CSMA/CD方法。

图4.3 以太网

以太网的CSMA/CD方法是在一台计算机需要使用共享传输介质通讯时，先侦听该共享传输介质是否已经被占用。当共享传输介质空闲的时候，计算机就可以抢用该介质进行通讯。所以又称CSMA/CD方法为总线争用方法。

与现代以太网标准相一致的第一个局域网是由施乐公司的Robert Metcalfe和他的工作小组建成的。1980年由数字设备公司、英特尔公司和施乐公司联合发布了第一个以太网标准Ethernet。这种用同轴电缆为传输介质的简单网络技术立即受到了欢迎，在80年代，用10Mbps以太网技术构造的局域网迅速遍布全球。

1985年，电气和电子工程学会IEEE发布了局域和城域网的802标准，其中的802.3是以太网技术标准。802.3标准与1980年的Ethernet标准的差异非常小，以至同一块以太网卡可以同时发送和接收802.3数据帧和Ethernet数据帧。

上世纪80年代PC机的大量出现和以太网的廉价，计算机网络不再是一个奢侈的技术。10Mbps的网络传输速度，很好地满足了当时相对较慢的PC计算机的需求。进入90年代，计算机的速度、需要传输的数据量越来越高，100Mbps 的以太网技术随之出现。IEEE100Mbps以太网标准，被称为快速以太网标准。1999年IEEE又发布了千兆以太网标准。

需要回顾的是令牌网、FDDI网，甚至ATM网络技术对以太网技术的挑战。以太网以其简单易行、价格低廉、方便的

可扩展性和可靠的特性，最终淘汰或正在淘汰这些技术，成为计算机局域网、城域网甚至广域网中的主流技术。

1.1.4INTERNET

Internet是全球规模最大、应用最广的计算机网络。它是由院校、企业、政府的局域网自发地加入而发展壮大起来的超级网络，连接有数千万的计算机、服务器。通过在Internet上发布商业、学术、政府、企业的信息，以及新闻和娱乐的内容和节目，极大地改变了人们的工作和生活方式。

Internet的前身是1969年问世的美国ARPANET。到了1983年，ARPANET已连接有超过三百台计算机。1984年ARPANET被分解为两个网络，一个用于民用，仍然称ARPANET。另外一个军用，称为MILNET。美国国家科学基金组织NSF从1985年到1990年期间建设由主干网、地区网和校园网组成的三级网络，称为NSFNET，并与ARPANET 相连。到了1990年，NSFNET和ARPANET和在一起改名为Internet 。随后，Internet上计算机接入的数目与日俱增，为进一步扩大Internet，美国政府将Internet的主干网交由非私营公司经营，并开始对Internet上的传输收费，Internet得到了迅猛发展。

我国最早的Internet是于1994年4月完成的NCFC与Internet的接入。由中国科学院主持，联合北京大学和清华大

学共同完成的NCFC（中国国家计算与网络设施）是一个在北京中关村地区建设的超级计算中心。NCFC通过光缆将中科院中关村地区的三十多个研究所及清华、北大两所高校连接起来，形成NCFC的计算机网络。到1994年5月，NCFC 已连接了150多个以太网，3000多台计算机。

我国的商业Internet——中国因特网ChinaNet由中国电信和中国网通始建于1995年。ChinaNet通过美国MCI公司、Global One公司、新加坡Telecom公司、日本KDD公司与国际Internet连接。目前，ChinaNet骨干网已经遍布全国31个省、市、自治区，干线速度达到数十Gbps，成为国际Internet 的重要组成部分。

Internet已经成为世界上规模最大和增长速度最快的计算机网络，没有人能够准确说出Internet具体有多大。到现在，我们的Internet的概念，已经不仅仅指所提供的计算机通讯链路，而且还指参与其中的服务器所提供的信息和服务资源。计算机通讯链路、信息和服务资源整体，这些概念一起组成了现代Internet的体系结构。

1.2 计算机网络的组成

计算机网络是由负责传输数据的网络传输介质和网络设备、使用网络的计算机终端设备和服务器、以及网络操作系

统所组成。

1.2.1网络传输介质

有四种主要的网络传输介质：双绞线电缆、光纤、微波、同轴电缆。

在局域网中的主要传输介质是双绞线，这是一种不同于电话线的8芯电缆，具有传输1000Mbps的能力。光纤在局域网中多承担干线部分的数据传输。使用微波的无线局域网由于其灵活性而逐渐普及。早期的局域网中使用网络同轴电缆，从1995年开始，网络同轴电缆被逐渐淘汰，已经不在局域网中使用了。由于Cable Modem的使用，电视同轴电缆还在充当Internet连接的其中一种传输介质。

图4.4 计算机网络的组成

1.2.2网络交换设备

网络交换设备是把计算机连接在一起的基本网络设备。计