13.1. 计算机网络技术

定义 #

计算机网络（Computer Network）是指实现计算机之间通讯的软件和硬件系统的统称，从广义上讲， 利用磁盘在两台微机之间拷贝数据也可以认为是一种特殊的网络。 它的更加具体的定义是“以共享资源为目的，通过数据通讯线路将多台计算机互联而组成的系统”， 共享的资源包括计算机网络中的硬件设备、软件或者数据。

网络拓扑结构和分类 #

计算机网络中，网络结点(Node)计算机或者终端的连接方式称为网络的拓扑结构， 它影响着网络的设计、功能、可靠性以及通讯费用等方面，常见的拓扑结构有以下类型： （图13-1）

• 星形拓扑结构；

• 总线拓扑结构；

• 环形拓扑结构；

• 树形拓扑；

• 完全连接结构；

• 相交环形；

• 不规则拓扑结构等等。

其中：

（1）总线结构，（2）环形结构，（3）星形结构，（4）树形结构， （5）完全连接，（6）相交环形，（7）不规则拓扑结构

计算机网络的种类繁多，性能各异，按照不同的原则可以有不同的分类方式，最常见的是根据其空间分布范围的大小， 区分为局域网(LAN-Local Area Network)、城域网(MAN-Metropolitan Area Network)和广域网(WAN-Wide Area Network)。

1）局域网

是指在比较小的区域——如一座办公大楼，一个校园，一个公司等内建立的计算机网络，其通讯距离较短， 传输速率较快，误码率低。 对于局域网而言，主要采用的拓扑结构是总线结构和环形结构，前者如IEEE802.3， 通常称为 Ethernet_TM (以太网)，后者如IEEE802.5， 即IBM的令牌环网(Token Ring)。

2）城域网

基本上是一个大的局域网，采用类似的拓扑结构，它可以覆盖一个城市，实现信息共享。

3）广域网

广域网最根本的特点是其机器分布范围广，可以实现大范围的信息共享，笼统地讲， 因特网(Internet)就属于广域网范畴。 广域网可以采用多种拓扑结构，如星形，环形，树型，完全连接，相交环形，甚至是不规则的拓扑结构。

上述的网络类型，结点之间都是通过电缆进行连接， 近年来无线网(WirelessNetwork)得到较快的发展，利用无线网，可以实现移动计算。

因特网发展历史 #

因特网的前身是1965年开始由美国国防部设计的ARPA(Advanced Research ProjectAgency)net。 经过周密的策划，1969年， 分布于美国四所大学（UCLA,UCSB,SRI,UTAH）的计算机开始进行互相数据交换， 标志着ARPAnet的诞生，后来，特别是1983年TCP/IP协议被正式应用于ARPAnet之后， 其接入用户飞速增长。

由于ARPAnet的军方背景，给更加便捷的连入和访问造成不便， 于是NSF(NationalScienceFoundation)建立了NSFnet， 其管理和速度都优越于ARPAnet，到1990年，很多用户从ARPAnet转到NSFnet， 后来NSFnet与ARPAnet互连，其用户成指数增长。 许多地区性（包括加拿大、欧洲、大洋州等）的网络联入后，标志着Internet的最终形成。

因特网提供的应用服务 #

在传统上，因特网主要有以下四种应用：

• 电子邮件(Electronic Mail)；

• 新闻组(News)；

• 远程登录；

• 文件传输。

直到八十年代初期，因特网还只是局限于学院、政府等等， 但是WWW(World WideWeb)的出现改变了这一切， WWW使得一个站点可以建立一些包括文本、图片、声音甚至录象的页面， 这些页面用超文本标志语言(HTML-HyperText MarkupLanguage)写成， 内嵌指向其它页面的链接。 WWW为用户查询、检索、浏览在因特网上发布的各种信息提供了极大的便利，为因特网带来了大量的非学院用户。 实际上因特网的迅猛发展，与WWW应用是密不可分的， 以至于今天提到Internet时常常就是特指WWW服务。 后面将对WWW以及相关技术进行更为详细的说明。

其它一些因特网应用包括Gopher，WAIS等等。

网络协议(Protocol)和TCP/IP #

在计算机网络中，为了使得相连的计算机或终端之间能够正确的传输信息， 必须有一整套关于信息传输顺序、信息格式以及内容的约定，称为计算机网络通讯协议。

在网络协议中，由国际标准化组织(ISO)发展和制定开放系统互连参考模型（OSI， OpenSystem Interconnect ReferenceModel）制订了数据通讯协议的标准， 尽管OSI模型并没有真正地在实际中被应用，但是其提供的概念和词汇被计算机网络界广泛地使用和认可。 OSI参考模型包括七个协议层来定义数据通讯的协议功能，每一层是相对独立的，完成数据传输过程中的部分功能。

目前，由于因特网的发展，TCP/IP作为其基础协议，应用越来越广泛。 TCP/IP狭义特指两个协议及传输控制协议(TCP，TransformationControl Protocol)和网际协议(IP，InternetProtocol)，广义指由多个与因特网相关的协议组成的TCP/IP参考模型，或者称为TCP/IP协议栈(ProtocolStack)，TCP/IP模型类似于OSI参考模型，但是较为简单，没有表示层和会话层。 TCP及IP是其中重要的两个协议，IP是网络层协议，而TCP位于传输层。

TCP/IP应用层包括所有高层应用协议，如虚拟终端（TELNET）、文件传输(FTP，FileTransfer Protocol)、电子邮件(SMTP，Simple Mail TransferProtocol和POP3-PostOffice Protocol)、域名服务(DNS，Domain NameService)以及Web上用来传递页面的超文本传输协议( HTTP ，Hyper Text TransferProtocol)。

OSI参考模型结构及其和TCP/IP参考模型的对应关系如图13-2：

因特网的地址、域名 #

为了能够在因特网上传输信息，必须有一种方法能够识别计算机， 其方案是为因特网上的每一台计算机都赋予了一个独一无二的32位地址，称为IP地址， 该32位地址通采用用点号分割的十进制数表示，每个字节为一个十进制数值，其数值范围从0到255，这样， IP地址就表现为如下的形式： 202.112.7.12（北京大学WWW服务器IP地址）。 在因特网上，计算机之间的通讯是通过IP地址来进行的。 由于因特网的迅速发展，有越来越多的计算机连入，现有的32位IP地址已经不太能够满足其进一步发展的需要， 因此， ITEF(InternetEngineering Task Force,因特网工程任务组)开始制订更新的IP协议标准， 称为Ipv6，根据该标准，IP地址将采用16个字节来标识。

虽然计算机之间的通讯是利用其各自的IP地址来实现的，但是人们在使用过程中，不愿意总是使用难以记忆的数字， 而是希望使用更为方便的文字名称。 这样网络上的各个主机除了IP地址之外，通常还有一个名称来表示。 该名称称为域名（DomailName），与IP地址一样，也是唯一的。 这种在因特网上使用的名称系统称为域名系统（DNS，DomainNameSystem）。 DNS是一个层次状的命名系统，通过一个数据库对连接因特网的所有主机进行名称和地址的管理。 域名是以点号分割的字符串，如PKU.EDU.CN和OPENGIS.ORG等等。 通常最右边的字串称为顶级域名，顶级域名有两类，即类顶级域名和国家顶级域名， 前者有 com (商业)， edu (教育界)， gov (政府机构)， int （特定的国际组织）， mil （军队系统）， net （网络提供者）， org （非赢利机构）等，类顶级域名应用于美国的站点；后者用两个英文字母表示一个国家和地区， 如 cn （中国）， ca （加拿大）， jp （日本）等等。

WWW、HTML和URL #

正如前面描述的，万维网（WWW）的出现对于因特网来说具有划时代的意义，使得因特网的应用走出专业化。 WWW，通常又称为Web或3W，是存储在全世界的Internet计算机中、彼此关联、数以百万计的文档集合，它是世界上最大的电子信息仓库。 在WWW应用中，Web文档存放于一台或者多台计算机上，称为Web服务器(WebServer)， 用户利用浏览器(Browser)来访问Web站点。

Web的第一个版本于1992年1月在瑞士的日内瓦首先开始运行，研究人员可以从CERN(欧洲粒子物理研究所)的站点上访问Web信息。Web真正流行应该归功于Mosaic，第一个基于图形的浏览器，该浏览器是由NCSA(美国国家超级计算应用中心)设计编写的，其操作简便、界面友好的特点，使得人们可以方便的访问Web信息。目前广为流行的浏览器是MicrosoftInternet Explorer 和Netscape Navigator。

在Web站点上，采用HTML编写文档，通常称为超文本(HyperText)， “超”的意思是指在文档中包含对其它文档的超链接（HyperLink）， 使用户阅读时可以通过关键字跳转到其它的文档。 由于允许在超文本中加入音乐以及图像等多媒体数据，又诞生了超媒体(HyperMedia)这个概念。 HTML是一种标记语言，与系统平台和应用程序无关，它通过特殊的标记和参考字符来设定Web文档的结构或者格式，并且有特殊的HTML元素（如定位元素Anchor）来定义超链接，同时可以利用HTML表单元素从用户那里获取有关信息。 在用户访问Web站点时，浏览器和Web服务器之间通过超文本传输协议( HTTP )来发送请求和信息。

在浏览Web时， 首先会碰到URL(Uniform ResourceLocator,统一资源定位器)这一概念， 它是Web文档的因特网地址，它与文档的关系就如同于书籍中目录和正文的关系。 URL的语法相当简单，由两部分组成，形如：

<方法>：<方法指定部分>（:）

一个 HTTP URL如下：

其中host部分由服务器的地址（IP地址或者域名）、文件路径、文件名组成； port部分是 HTTP 端口号，其缺省为80，通常可以忽略； 而search_part部分往往是浏览器向服务器发出的请求参数。 下面是一个 HTTPURL的例子：

http://www.pku.edu.cn/news1/index.htm

除了Web以外，FTP、Gopher等也采用URL进行资源定位。