計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)習(xí)題解答
教材? 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)?? 謝希仁編著
第一章 概述
習(xí)題1-01 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)階段各有何特點(diǎn)?
答: 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過(guò)程大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。
第一階段：(20世紀(jì)60年代)以單個(gè)計(jì)算機(jī)為中心的面向終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以批處理信息為主要目的。它的缺點(diǎn)是：如果計(jì)算機(jī)的負(fù)荷較重，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；單機(jī)系統(tǒng)的可靠性一般較低，一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的癱瘓。
第二階段：(20世紀(jì)70年代)以分組交換網(wǎng)為中心的多主機(jī)互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了克服第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，人們開(kāi)始研究如何將多臺(tái)計(jì)算機(jī)相互連接的方法。人們首先借鑒了電信部門的電路交換的思想。所謂“交換”，從通信資源的分配角度來(lái)看，就是由交換設(shè)備動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源或信道帶寬所采用的一種技術(shù)。電話交換機(jī)采用的交換技術(shù)是電路交換(或線路交換)，它的主要特點(diǎn)是：① 在通話的全部時(shí)間內(nèi)用戶獨(dú)占分配的傳輸線路或信道帶寬，即采用的是靜態(tài)分配策略；② 通信雙方建立的通路中任何一點(diǎn)出現(xiàn)了故障，就會(huì)中斷通話，必須重新?lián)芴?hào)建立連接，方可繼續(xù)，這對(duì)十分緊急而重要的通信是不利的。顯然，這種交換技術(shù)適應(yīng)模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸。然而在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中還可以傳輸數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)通信與模擬信號(hào)通信的本質(zhì)區(qū)別在于數(shù)字信號(hào)的離散性和可存儲(chǔ)性。這些特性使得它在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不僅可以間斷分時(shí)發(fā)送，而且可以進(jìn)行再加工、再處理。 ③ 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生往往是“突發(fā)式”的，比如當(dāng)用戶用鍵盤輸入數(shù)據(jù)和編輯文件時(shí)，或計(jì)算機(jī)正在進(jìn)行處理而未得出結(jié)果時(shí)，通信線路資源實(shí)際上是空閑的，從而造成通信線路資源的極大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信中，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的時(shí)間往往不到10%甚至1%。另外，由于各異的計(jì)算機(jī)和終端的傳輸數(shù)據(jù)的速率各不相同，采用電路交換就很難相互通信。為此，必須尋找出一種新的適應(yīng)計(jì)算機(jī)通信的交換技術(shù)。1964年，巴蘭(Baran)在美國(guó)蘭德(Rand)公司“論分布式通信”的研究報(bào)告中提出了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)(store and forward)的概念。1962 — 1965年，美國(guó)國(guó)防部的高級(jí)研究計(jì)劃署(Advanced Research Projects Agency，ARPA)和英國(guó)的國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(National Physics Laboratory，NPL)都在對(duì)新型的計(jì)算機(jī)通信技術(shù)進(jìn)行研究。英國(guó)NPL的戴維德(David)于1966年首次提出了“分組”(Packet)這一概念。1969年12月，美國(guó)的分組交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中傳送的信息被劃分成分組(packet)，該網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)ARPANET(當(dāng)時(shí)僅有4個(gè)交換點(diǎn)投入運(yùn)行)。ARPANET的成功，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元?，F(xiàn)在大家都公認(rèn)ARPANET為分組交換網(wǎng)之父，并將分組交換網(wǎng)的出現(xiàn)作為現(xiàn)代電信時(shí)代的開(kāi)始。
分組交換網(wǎng)是由若干節(jié)點(diǎn)交換機(jī)和連接這些交換機(jī)的鏈路組成，每一結(jié)點(diǎn)就是一個(gè)小型計(jì)算機(jī)。它的工作機(jī)理是：首先將待發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)文劃分成若干個(gè)大小有限的短數(shù)據(jù)塊，在每個(gè)數(shù)據(jù)塊前面加上一些控制信息(即首部)，包括諸如數(shù)據(jù)收發(fā)的目的地址、源地址，數(shù)據(jù)塊的序號(hào)等，形成一個(gè)個(gè)分組，然后各分組在交換網(wǎng)內(nèi)采用“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”機(jī)制將數(shù)據(jù)從源端發(fā)送到目的端。由于節(jié)點(diǎn)交換機(jī)暫時(shí)存儲(chǔ)的是一個(gè)個(gè)短的分組，而不是整個(gè)的長(zhǎng)報(bào)文，且每一分組都暫存在交換機(jī)的內(nèi)存中并可進(jìn)行相應(yīng)的處理，這就使得分組的轉(zhuǎn)發(fā)速度非常快。由此可見(jiàn)，通信與計(jì)算機(jī)的相互結(jié)合，不僅為計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換提供了必要的手段，而且也大大提高了通信網(wǎng)絡(luò)的各種性能。由此可見(jiàn)，采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換技術(shù)，實(shí)質(zhì)上是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信過(guò)程中動(dòng)態(tài)分配傳輸線路或信道帶寬的一種策略。值得說(shuō)明的是，分組交換技術(shù)所采用的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理并不是一個(gè)全新的概念，它是借鑒了電報(bào)通信中基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)原理的報(bào)文交換的思想。它們的關(guān)鍵區(qū)別在于通信對(duì)象發(fā)生了變化?；诜纸M交換的數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與人之間的通信，其通信過(guò)程需要定義嚴(yán)格的協(xié)議；而基于報(bào)文交換的電信通信則是完成人與人之間的通信，因而雙方之間的通信規(guī)則不必如此嚴(yán)格定義。所以，分組交換盡管采用了古老的交換思想，但實(shí)際上已變成了一種嶄新的交換技術(shù)。表1-1列出了分組交換網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)。與電路交換相比，分組交換的不足之處是：① 每一分組在經(jīng)過(guò)每一交換節(jié)點(diǎn)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定的傳輸延時(shí)，考慮到節(jié)點(diǎn)處理分組的能力和分組排隊(duì)等候處理的時(shí)間，以及每一分組經(jīng)過(guò)的路由可能不等同，使得每一分組的傳輸延時(shí)長(zhǎng)短不一。因此，它不適用于一些實(shí)時(shí)、連續(xù)的應(yīng)用場(chǎng)合，如電話話音、視頻圖像等數(shù)據(jù)的傳輸；② 由于每一分組都額外附加一個(gè)頭信息，從而降低了攜帶用戶數(shù)據(jù)的通信容量； ③ 分組交換網(wǎng)中的每一節(jié)點(diǎn)需要更多地參與對(duì)信息轉(zhuǎn)換的處理，如在發(fā)送端需要將長(zhǎng)報(bào)文劃分為若干段分組，在接收端必須按序?qū)⒚總€(gè)分組組裝起來(lái)，恢復(fù)出原報(bào)文數(shù)據(jù)等，從而降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。盡管如此，分組交換技術(shù)的出現(xiàn)，不僅大大推動(dòng)了當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，而且也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。