計算機網(wǎng)絡(luò)習(xí)題解答
教材? 計算機網(wǎng)絡(luò)?? 謝希仁編著
第一章 概述
習(xí)題1-01 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展可劃分為幾個階段?每個階段各有何特點?
答: 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程大致經(jīng)歷了四個階段。
第一階段：(20世紀(jì)60年代)以單個計算機為中心的面向終端的計算機網(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。它的缺點是：如果計算機的負(fù)荷較重，會導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)時間過長；單機系統(tǒng)的可靠性一般較低，一旦計算機發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個網(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)為中心的多主機互連的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了克服第一代計算機網(wǎng)絡(luò)的缺點，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性，人們開始研究如何將多臺計算機相互連接的方法。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看，就是由交換設(shè)備動態(tài)地分配傳輸線路資源或信道帶寬所采用的一種技術(shù)。電話交換機采用的交換技術(shù)是電路交換(或線路交換)，它的主要特點是：① 在通話的全部時間內(nèi)用戶獨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出現(xiàn)了故障，就會中斷通話，必須重新?lián)芴柦⑦B接，方可繼續(xù)，這對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)模擬信號的數(shù)據(jù)傳輸。然而在計算機網(wǎng)絡(luò)中還可以傳輸數(shù)字信號。數(shù)字信號通信與模擬信號通信的本質(zhì)區(qū)別在于數(shù)字信號的離散性和可存儲性。這些特性使得它在數(shù)據(jù)傳輸過程中不僅可以間斷分時發(fā)送，而且可以進行再加工、再處理。 ③ 計算機數(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，或計算機正在進行處理而未得出結(jié)果時，通信線路資源實際上是空閑的，從而造成通信線路資源的極大浪費。據(jù)統(tǒng)計，在計算機間的數(shù)據(jù)通信中，用來傳送數(shù)據(jù)的時間往往不到10%甚至1%。另外，由于各異的計算機和終端的傳輸數(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)計算機通信的交換技術(shù)。1964年，巴蘭(Baran)在美國蘭德(Rand)公司“論分布式通信”的研究報告中提出了存儲轉(zhuǎn)發(fā)(store and forward)的概念。1962 — 1965年，美國國防部的高級研究計劃署(Advanced Research Projects Agency，ARPA)和英國的國家物理實驗室(National Physics Laboratory，NPL)都在對新型的計算機通信技術(shù)進行研究。英國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)時僅有4個交換點投入運行)。ARPANET的成功，標(biāo)志著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進入了一個新紀(jì)元。現(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)代電信時代的開始。
分組交換網(wǎng)是由若干節(jié)點交換機和連接這些交換機的鏈路組成，每一結(jié)點就是一個小型計算機。它的工作機理是：首先將待發(fā)的數(shù)據(jù)報文劃分成若干個大小有限的短數(shù)據(jù)塊，在每個數(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)塊的序號等，形成一個個分組，然后各分組在交換網(wǎng)內(nèi)采用“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”機制將數(shù)據(jù)從源端發(fā)送到目的端。由于節(jié)點交換機暫時存儲的是一個個短的分組，而不是整個的長報文，且每一分組都暫存在交換機的內(nèi)存中并可進行相應(yīng)的處理，這就使得分組的轉(zhuǎn)發(fā)速度非常快。由此可見，通信與計算機的相互結(jié)合，不僅為計算機之間的數(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，采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換技術(shù)，實質(zhì)上是在計算機網(wǎng)絡(luò)的通信過程中動態(tài)分配傳輸線路或信道帶寬的一種策略。值得說明的是，分組交換技術(shù)所采用的存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并不是一個全新的概念，它是借鑒了電報通信中基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換的思想。它們的關(guān)鍵區(qū)別在于通信對象發(fā)生了變化。基于分組交換的數(shù)據(jù)通信是實現(xiàn)計算機與計算機之間或計算機與人之間的通信，其通信過程需要定義嚴(yán)格的協(xié)議；而基于報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。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)過每一交換節(jié)點時都會產(chǎn)生一定的傳輸延時，考慮到節(jié)點處理分組的能力和分組排隊等候處理的時間，以及每一分組經(jīng)過的路由可能不等同，使得每一分組的傳輸延時長短不一。因此，它不適用于一些實時、連續(xù)的應(yīng)用場合，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)點需要更多地參與對信息轉(zhuǎn)換的處理，如在發(fā)送端需要將長報文劃分為若干段分組，在接收端必須按序?qū)⒚總€分組組裝起來，恢復(fù)出原報文數(shù)據(jù)等，從而降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男省１M管如此，分組交換技術(shù)的出現(xiàn)，不僅大大推動了當(dāng)時的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，而且也是現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。