文章目录

1.1 数据通信
- 1.1.1 组成
- 1.1.2 数据表示
- 1.1.3 数据流
1.2 网络
- 1.2.1 分布式处理
- 1.2.2 网络准则
- - 1. 性能
  - 2. 可靠性
  - 3. 安全性
- 1.2.3 物理结构
- - 1. 连接类型
  - 2. 物理拓扑结构
  - - (1) 网状
    - (2) 星型
    - (3) 总线
    - (4) 环状
    - (5) 混合型
- 1.2.4 网络模型
- 1.2.5 网络分类
- - (1) 局域网
  - (2) 广域网
  - (3) 城域网
- 1.2.6 网络互联：因特网
1.3 因特网
- 1.3.1 历史简介
- 1.3.2 因特网现状
1.4 协议和标准
- 1.4.1 协议
- 1.4.2 标准
- 1.4.3 标准化组织
- - (1) 标准创建委员会
  - (2) 论坛
  - (3) 管理机构
- 1.4.4 因特网标准

数据通信与网络正在改变人们商务活动和生活方式。但在问及如何更快地连接到网络之前，需要知道网络是如何运转的、网络使用哪些类型的技术、以及何种设计最能够满足什么样的需要。

个人计算机的发展带来了商业、工业、科学与教育的巨大变革。数据通信与网络领域也正发生着一场类似的革命。技术的进步使得通信链路能够承载更多更快的信号。因此，服务也向前发展，允许使用扩展的功能，包括对已有电话业务的扩展项目，比如电话会议、呼叫等待、语音邮件。

现在用新的技术研究数据通信与网络。其目标是能够在世界的任何地点交换诸如文本、音频和图像之类的数据，希望在任何时间都能登录因特网，快速而准确地下载和上传信息。

这里讨论四个问题：数据通信、网络、因特网以及协议和标准 data communications, networks, the Internet, and protocols and standards 。首先给出数据通信广义的定义，然后将网络定义为数据传输的高速公路。互联网络（即网络的网络）的一个好的实例是因特网。最后，讨论不同类型的协议、协议和标准之间的区别以及制定这些标准的组织机构。

1.1 数据通信

当我们通信时，就共享了信息。这种共享可以是本地的，也可以是远程的。就个体之间而言，本地通信通常是面对面发生的，而远程通信发生在一定的距离之间。电信 telecommunication 这个词，包括电话、电报和电视，意味着在一定距离上的通信（tele 是希腊语，即"远程的"）。数据（data 一词指的是以任何格式表示的信息，该格式需经由「创建和使用数据的双方」达成共识。

数据通信 data communication 是在两台设备之间通过「诸如线缆的某种形式的传输介质」进行的数据交换。因为数据通信的发生，通信设备必然成为由软（程序）硬（物理设备）件结合组成的通信系统的一部分。

数据通信系统的效率取决于四个关键因素：传递性、准确性、及时性和抖动性。

传递性 Delivery 。系统必须将数据传递到正确的目的地。数据必须由而且只能由预定的设备或用户接收。
准确性 Accuracy 。系统必须准确地传递数据。在传递过程中发生改变和不正确的数据，都是不可用的。
及时性 Timeliness 。系统必须以及时的方式传递数据。传递延误的数据是无用的。就视频和音频数据而言，及时传递意味着在数据产生时就传递数据，所传递数据的顺序和产生时的顺序相同，而且没有明显的延迟。这种传递称为实时传输。
抖动性 Jitter 。抖动是指分组到达时间的变化，音频或视频的分组在传递过程中延迟各不相同。比如，假定每 30ms30\textrm{ms}30ms 发送一个视频的分组，其中某些分组到达延时 30ms30\textrm{ms}30ms ，而另一些分组延时 40ms40\textrm{ms}40ms ，就引起视频不均匀后果。

1.1.1 组成

数据通信系统需要有五个组成部分（见图1.1）。

报文 message 是进行通信的信息（数据），它可以是文本、数字、图片、声音、视频等信息形式。
发送方 sender 是指发送数据报文的设备，它可以是计算机、工作站、手机、摄像机等。
接收方 receiver 是指接收报文的设备，它可以是计算机、工作站、手机、电视等。
传输介质 transmission medium 是报文从发送方到接收方之间所经过的物理通路，它可以是双绞线、同轴电缆、光纤和无线电波。
协议 protocol 是管理数据通信的一组规则，它表示通信设备之间的一组约定。如果没有协议，即使两台设备之间可能是连接的，那也无法通信，就像一个说法语的人无法被一个只说日语的人理解一样。

1.1.2 数据表示

现在的信息有文本、数字、图像、音频和视频等多种形式。

文本：在数据通信中，文本表示为位模式，即位 000 或 111序列。模式中位的数目取决于该文本中的符号数目。每一种位模式称为一种编码 code ，表示符号的过程称为编码过程。当前流行的编码系统是统一码 Unicode ，用 323232 位表示一个符号或字符，它可表示世界上任何一种语言。几十年前，美国制定的美国信息交换标准代码 American Standard Code for Information Interchange, ASCII 现在是统一码前面的 127127127 个字符，也称为基本拉丁字符集 Basic Latin 。
数字：数字也用位模式表示。但诸如ASCII的编码不是用来表示数字的。数字直接转换为二进制数。原因是简化数字的数学运算。
图像：现在，图像 image 也采用位模式表示。就最简单的形式而言，图像被划分成像素（图片的基本元素）矩阵，每个像素是一个小点。像素的多少取决于称为分辨率的因素。例如，一幅图像可以划分成 100010001000 像素或 100001000010000 像素，后一种有更清晰的图像表示（更高分辨率），但需要更多的内存来存储图像。
将图像划分成像素，对每个像素分配一个位模式。模式的大小和值取决于该图像，就一幅仅由黑白点（例如棋盘）构成的图像而言，111 位模式就足以表示一个像素。
如果像素不是由纯白或纯黑的像素构成，则可通过增加位模式的大小来包含更多的灰度范围。例如，可以采用 222 位模式来表示 444 个级别的灰度。黑像素可以用 000000 表示，深灰像素用 010101 ，浅灰像素用 101010 ，白像素用 111111 来表示制。
有几种方法表示彩色图像：一种方法是每个颜色像素被分解为三原色 three primary colors ：红、绿、蓝 RGB ，然后测量每种色彩的浓度，并为其赋予一种位模式；另一种方法是每个颜色像素被分解为三原色：黄、紫、青 yellow, cyan, and magenta, YCM 。
音频 audio ：指录音带、声音广播或音乐等声音的表示。音频与文本、数字或图像有本质的不同。它是连续的、非离散的。即使用麦克风将声音或音乐转换成电信号，所产生的也是一个连续的信号。【计算机网络】第二部分物理层和介质(4) 数字传输和【计算机网络】第二部分物理层和介质(5) 模拟传输介绍，如何将声音或音乐转换成数字或模拟信号。
视频 video ：指录像带、图像或动画的合成，既可以由一个连续实体（如电视摄像机 TV camera）产生，也可以由一组图像或动画合成，这些图像的每一幅都是一个离散的实体，组织起来即可表示运动的意思。正如第4章和第5章所述，同样可以将视频转换为数字或模拟信号。

1.1.3 数据流

两台设备之间的通信可以是单工、半双工或全双工的 simplex, half-duplex, or full-duplex ，如图1.2所示。

单工：在单工模式 simplex mode 下，通信是单方向的，如同在单行道上，两台设备只有一台能够发送，另一台则只能接收（见图1.2a）。键盘和传统的显示器都是单工通信设备。键盘只能用来输入，显示器只能接受输出。单工模式仅具有一个方向发送能力。
半双工：在半双工模式 half-duplex mode 下，每台主机均能发送和接收，但不能同时进行。当一台设备发送时，另一台只能接收，反之亦然（见图1.2b）。半双工如同一条双向单车道的道路。当一辆辆汽车正朝一个方向行驶时，想朝另一个方向行驶的汽车就必须等待。在半双工模式下，通道的通信能力被两台设备中的发送方完全占用。对讲机和（民用波段 citizens band ）CB无线电设备都是半双工系统的例子。半双工模式用于不需要双方同时通信的情况，每一方可利用整个通道的能力。
全双工：在全双工模式（full-duplex mode 也称双工 duplex）下，双方主机都能同时发送和接收（见图1.2c）。全双工模式如同一条双向大道，同时有驶向两个方向的车辆。在全双工模式下，两个方向的信号共享该链路的通信能力。共享可以采用两种方式：链路包含两条物理上独立的传输通路，其中一条用于发送、另一条用于接收；或者，将通道的通信能力在「两个方向传输的信号」间进行划分。
常见的全双工的例子是电话网络。当两个人通过电话进行通信时，他们都能同时说和听。当要求双方同时通信时，采用全双工，然而通道的通信能力必须在两个方向之间进行划分。

1.2 网络

网络 network 是用通信链路连接起来的设备（通常称为节点）的集合。节点可能是一台计算机，也可能是打印机，还可能是其他任何能够发送或接收数据的设备。

1.2.1 分布式处理

大多数网络采用分布式处理 distributed processing ，将任务划分给多台计算机。不是让一台大型机负责所有的处理，而是由多台独立的计算机（通常是个人计算机或工作站）各自处理一小部分。

1.2.2 网络准则

网络必须能够满足一定的准则 Network Criteria ，其中最为重要的是性能、可靠性和安全性。

1. 性能

性能 performance 可以用多种方式来衡量，包括传输时间和响应时间。传输时间是指报文从一台设备传输到另一台设备所需的时间。响应时间是指请求和响应之间所花费的时间。网络性能取决于多种因素，包括用户的数量、传输介质类型、所连接的硬件的能力以及软件的效率。

性能通常由两个网络因素：吞吐量 throughput 和延迟 delay 来度量，需要更多吞吐量和较小的延迟时间，但是这两个判断标准时常是矛盾的。如果我们在网络上发送更多的数据，可能增加吞吐量，但由于网络通信量的拥塞，会增加延迟时间。

2. 可靠性

除了传输的准确性之外，网络的可靠性 reliability用故障出现的频率、一条链路从故障恢复所花费的时间、在灾难中的健壮性来衡量。

3. 安全性

网络的安全性 security 包括保护数据免受未授权的访问，保护数据在传输过程中免受攻击，数据丢失与损伤的恢复策略和方法。

1.2.3 物理结构

在讨论网络之前，需要定义一些网络属性。

1. 连接类型

网络是通过链路连接在一起的两台或两台以上的设备，链路是将数据由一台设备传输到另一台设备的通信通路。为了更直观地说明问题，最简单的情形，可以将链路想象为在两点之间连接的线。要想建立通信，两台设备必须以某种方式在同一时间连接到同一链路上。有两种可能的连接方式：点到点方式和多点方式。

点到点 point-to-point 连接提供两台设备之间专用的链路。链路全部的能力均为两台设备之间的传输所共用。大多数点到点连接，采用实际长度的线或电缆来连接两端，但诸如微波或卫星链路的其他选择也是可行的（见图1.3a）。当使用红外线遥控器切换电视频道时，就在遥控器和电视控制系统之间建立了一条点到点连接。
多点连接 multipoint connection 也称为多站连接 multidrop connection 是两台以上设备共享单一链路的情形（见图1.3b）。在多点环境中，通道的能力在空间或时间上共享。如果同时可以有多台设备使用链路，这是空间上共享连接；如果用户必须轮流使用，这是时间上共享连接。

2. 物理拓扑结构

物理拓扑结构 physical topology 一词指的是网络在物理上分布的方式。两台或更多的设备连接到一条链路，两条或更多的链路组成拓扑结构。网络拓扑结构是所有链路及其互相连接的设备（通常称为节点）之间关系的几何表示。有四种可能的基本拓扑结构：网状、星型、总线和环状（见图1.4）。

(1) 网状

在网状拓扑结构 mesh topology 中，各台设备之间都有一条专用的点到点链路。"专用的"这个词意味着，该链路只负责它所连接的两台设备间的通信量。

为了求 nnn 个节点的、一个全连接的网状网络中物理通道的个数，节点 111 必须与其他 n−1n-1n−1 个节点相连，节点 222 必须与其他 n−1n-1n−1 个节点相连，依此类推，最后节点 nnn 也必须与其他 n−1n-1n−1 个节点相连。因此，需要 n(n−1)n(n-1)n(n−1) 条物理链路。然而，如果每条链路允许双向通信（双工模式），则链路个数除以 222 。即可以说，在网状拓扑结构中需要 n(n−1)/2n(n-1)/2n(n−1)/2 条双工模式的链路，为了提供这么多数量的链路，网络中的每台设备必须有 n−1n-1n−1 个输入/输出端口（见图1.5）。

与其他网络拓扑结构相比，网状结构具有诸多优点：

首先，专用链路的使用保证了每条链路都能传输自己的数据载荷，因此，消除了「当链路被多台设备共享时」可能发生的通信量问题。
其次，网状拓扑结构是健壮的。即使一条链路变得不可用，也不会使得整个系统不可用。
另一个优点是机密性或安全性。每一个报文经过专用线路传输时，只有特定的接收方才能看到它。物理边界阻止其他用户获得对报文的访问权。
最后，使用点到点链路，容易进行故障识别和故障隔离。对通信量进行路由时会尽量避免有问题的链路。这些设施使网络管理员能找到故障的确切位置，有助于寻找其原因和解决办法。

网状拓扑结构的主要不利因素与所需的线缆和I/O端口的数目有关：

首先，因为每台设备都必须与其他所有设备相连，安装和重新连接十分困难。
其次，单就线缆的数量而言，就可能超过可利用空间（在墙内、天花板或地板里）的容纳能力。
最后，为连接每个链路所需的硬件（I/O端口和电缆）的价格也是可观的。

由于以上原因，网状拓扑结构通常在有限的环境下使用。例如，作为混合网络（这些混合网络可能包括多种拓扑结构）主要计算机的主干连接。一个网状拓扑结构实例是电话区域交换局的连接，每个区域交换局必须与其他每个交换局连接。

(2) 星型

在星型拓扑结构 star topology 中，每台设备拥有一条仅与中央控制器连接的点到点专用链路，该中央控制器通常称为集线器 hub 。

这些设备不是直接相互连接的。与网状拓扑结构不同，星型拓扑结构不允许设备之间有直接的通信量。集线器扮演交换的角色：如果一台设备想发送数据到另外一台，它需要将数据发到集线器，然后由集线器将数据转送给所连接的另一台设备（见图1.6）。

星型拓扑结构的优点是：

不如网状拓扑结构那样昂贵。在星型拓扑结构中，每台设备仅需要一条链路和一个I/O端口，即可与任何数目的其他设备相连。这种因素也使得该拓扑结构易于安装和重新配置。需要安装的线缆更少，增加、移动和删除链路只涉及一条连接，即该设备和集线器之间的那条连接。
另一个优点是健壮性。如果一条链路失败，就只有该链路受影响。其他所有的链路仍然起作用。这也易于进行故障识别和故障隔离。只要集线器正在工作，它就可以用来监控链路中出现的问题，并旁路出现问题的链路。

星型拓扑结构最大的缺点是依赖于集线器，如果集线器出了毛病，则整个系统就瘫痪。然而，尽管星型链路需要比网状拓扑结构少得多的钱缆，但每条链路仍需要连接到中央的集线器。因此，星型结构通常需要比其他拓扑结构（比如环状结构和总线结构）更多的线缆。

星型拓扑结构用于局域网 LAN 中，在【计算机网络】第三部分数据链路层(13) 有线局域网：以太网中会看到，高速局域网常用星型拓扑结构。

(3) 总线

前面的几个例子描述的都是点到点连接。相反，总线拓扑结构 bus topology 是多点连接，由一条较长的线缆作为主干 backbone 来连接网络上所有的设备（见图1.7）。

节点由引出线 drop line 和分接头 tap 连接到总线电缆。引出线是在设备和主线缆之间运行的连接。分接头是一个连接器，该连接器焊入主线缆或者穿过线缆的外皮与金属芯接触。当信号经过主干传输时，部分能量转化为热能。因此，当信号传输得越来越远时会变得越来越微弱。因为这种原因，总线所能支持的分接头数目、以及这些分接头之间的距离是有限的。

总线拓扑结构的优势包括安装简易。主干电缆以最高效的路径来铺设，然后通过不同长度的引出线连接到节点。这样，总线结构使用的线缆要少于网状和星型结构。例如，星型结构中，同一个房间中的四台设备需要四条与集线器连接的电缆，而采用总线结构则不需要这么多电缆。只有主干电缆铺设于整个房间之中，每条引出线只需到达主干线上最近的节点。

不利因素包括难以重新连接和进行错误隔离。总线结构通常设计成在安装时达到最优，因此增加新设备是比较困难的。在分接头产生的信号反射会造成质量下降，可以通过限制「连接到给定长度电缆的设备的数量和间距」来控制这种质量下降的问题。增加新设备可能因此需要改造或替换主干线。

另外，总线电缆上的错误或中断会使所有的传输中止，即使位于故障区域同一侧的设备之间也不能幸免。故障区域会将源方向的信号反射回去，从而在两个方向上产生噪音。

总线拓扑结构是早期局域网所用的结构之一，以太局域网就用总线拓扑结构，但现在不常用。

(4) 环状

在环状拓扑结构 ring topology 中，每台设备只与其两侧的设备有一条专用的点到点的连接。信号以一个方向在环中传输，从一台设备到达另一台设备，直到其到达目的设备。环中的每台设备中安装有一个中继器，当设备接收到发给另一台设备的信号时，它的中继器会再生并转发这些位（见图1.8）。

相对而言，环状结构易于安装和重新配置。每台设备只与其直接邻居（物理或者逻辑的）连接，要增加或删除设备只需要改变两条连接。唯一的约束在于介质和通信量方面的考虑（环最大长度和设备的最大数目）。另外，这种结构还简化了故障隔离。一般地，在环状结构中，信号始终是循环的。如果一台设备在指定的时间中没有接收到信号，它就会发出警报，该警报会向网络操作员告知问题及其位置。

然而，单向通信量可能是不利因素。在简单的环中，环中的故障（比如工作站的瘫模）可能使整个网络瘫摸。这个缺陷可以通过引入双环或使用能够旁路故障的开关得到弥补。

IBM引入令牌环局域网时，环状拓扑结构曾盛行一时，目前要求高速局域网，这种拓扑结构就不流行了。

(5) 混合型

网络可以是混合型拓扑结构。例如，具有分支的星型拓扑结构，其中每一个分支是连接一些工作站的总线结构，如图1.9所示。

1.2.4 网络模型

计算机网络是由许多实体组成，需要标准协调网络之间的通信。最著名的两个标准是OSI模型和因特网模型。在第2章中将讨论这两个模型。OSI开放系统互联模型定义了网络 777 层模式，而因特网模型定义网络 555 层模式。我们基于 the Internet model with occasional references to the OSI model 。

1.2.5 网络分类

如今，当谈到网络时，通常指的是两种主要类型的网络：局域网和广域网。网络归于哪种类型，主要取决于它的规模。局域网覆盖的范围小于 222 英里，广域网可以是世界范围。网络规模在这两者之间，常称为城域网，覆盖范围十几英里。

(1) 局域网

局域网 local area network, LAN 通常是专用的，连接的设备在一间简单的办公室、一幢建筑物或校园中（见图1.10）。根据组织机构的需要和所采用技术的类型，局域网可能像办公室中只有两台PC机和一台打印机那样简单，也可能延伸到整个公司，并且包括音频和视频等外围设备。目前，LAN的规模限制在几公里的范围内。

LAN设计用来共享个人计算机或工作站之间的资源。共享的资源可能包括硬件（比如打印机）、软件（比如应用程序）或者数据。在商业环境中，LAN的常见的例子是，用来连接与任务相关的工作组中的计算机，例如工程工作站或财务用PC。假定这些计算机中的某一台有大容量的磁盘驱动器，可以作为其他客户机的服务器。软件可以存储在这台中央服务器上，供整个工作组使用。在这种情况下，LAN的规模取决于每套软件拷贝的用户数目的许可限制，或者取决于操作系统允许访问的用户数目。

除了规模之外，LAN与其他类型的网络的区别，还在于它的传输介质和拓扑结构。通常，给定的LAN仅使用一种类型的传输介质。最常见的LAN拓扑结构是总线结构、环状结构和星型结构。

传统上，LAN的数据速率在每秒 4∼16Mbps4\sim 16 \textrm{Mbps}4∼16Mbps 之间。现在，随着吉位系统的开发，速度在不断增加以至可以达到 100Mbps100\textrm{Mbps}100Mbps 。LAN在第13 、14和15章有详细讨论。无线局域网是最新的局域网技术，在第14章中详细讨论无线局域网。

(2) 广域网

广域网 wide area network, WAN 提供远距离的数据、音频、图像和视频信息传输，传输跨越的地理区域包括国家、大法甚至整个世界。将在第17章和第18章更详细地讨论广域网。

广域网可以复杂到用主干连接因特网，也可以简单到用拨号线连接家用计算机到因特网。通常广域网首先指的是交换广域网 switched WAN ，其次是点到点广域网 point-to-point WAN（见图1.11）。

交换广域网连接端系统，该系统含有一个路由器（网际互联设备），它连接另一个局域网或广域网。
点到点广域网通常是从电话局或有线电视电缆提供商处租用专线，连接家用计算机或小型LAN到因特网服务提供商 lSP 。这种广域网通常用于提供互联网接入。

一个最早的交换广域网实例是X.25，它是为端用户之间提供连接而设计的。在第18章看到，X.25逐渐地被高速的、更高效的帧中继网络所代替。交换广域网一个好的实例是异步传输模式 asynchronous transfer mode, ATM 网络，它是一个使用固定大小的数据单元数据包（称为信元）的网络，在第18章中讨论。另一个广域网的实例是无线广域网，它越来越流行，在第16章中讨论。

(3) 城域网

城域网 metropolitan area network, MAN 规模界于局域网与广域网之间，它通常的覆盖范围是一个乡镇或一个城市。它是为需要高速地连接因特网的用户而设计的，端点可分布在整个城市或城市的一部分。

城域网的一个好的实例是可向用户提供高速DSL线路的电话网。另一个实例是有线电视网络，它原先是为有线电视而设计的，但现在也可用作到因特网的高速数据连接。在【计算机网络】第二部分物理层和介质(9) 使用电话网络和有线电视网进行数据传输中将讨论DSL线路和有线电视网。

1.2.6 网络互联：因特网

今天，很少看到单独的一个局域网、城域网或广域网。它们都是与另一个网络连接的。当两个或多个网络彼此连接，它们成为互联网络 internetwork 即互联网 internet 。

作为实例，假定有两个办公区的组织，一个在东海沿，另一个在西海沿。在西海沿机构已有一个总线拓扑结构的局域网，东海沿机构新建一个星型拓扑结构局域网。CEO住在中间某一地方，他需要在家中控制整个公司情况。为此创建连接三个实体（两个局域网和总裁的计算机）的主干广域网，租用一个已建立的交换广域网（由服务提供商所运行的，比如电信公司）。然而，为了连接两个局域网到这个交换广域网，要求三个点到点的广域网——可以是由电话公司提供的高速DSL线路，或者是由有线电视商提供的电缆调制解调器线路，如图1.1.2所示。

1.3 因特网

因特网使我们日常生活的许多方面发生了革命性的变化，它是一个通信系统，把信息财富带到我们的指尖之上，将这些信息组织起来为我们所用。

因特网是一个结构化的、组织化的系统。首先简要介绍因特网的历史，然后描述因特网的现状。

1.3.1 历史简介

网络是由连接起来的通信设备（例如计算机和打印机）组成的集合。互联网络（internet ，注意小写字母 i）是两个或多个可以互相通信的网络。最为著名的互联网络称为因特网（Internet ，大写字母 I），一个由成千上万的互相连接的网络组成的集合。然而，这个非凡的通信系统直到1969年才刚刚诞生。

在20世纪60年代中期，各研究机构的大型机是相互独立的设备。来自不同制造商的计算机之间不能互相通信。美国国防部 DoD 高级研究计划局 Advanced Research Project Agency, ARPA 想找到一种能将计算机连接起来、使研究人员能共享他们的研究成果的方式，以达到降低成本、避免重复劳动的目的。

1967年，在美国计算机学会 ACM 会议上，ARPA提出了ARPANET的概念，即一个由互相连接的计算机组成的小型网络。它的主要思想是每台主机（不必是出自同一个制造商的产品）应该连接到一台称为接口报文处理器 inteiface message processor, IMP 的专用计算机上，IMP也相互之间进行连接。各个IMP不仅能与各自所连接的主机进行通信，同时也能够与其他IMP进行通信。

到了1969年，ARPANET最终实现。网络是由 444 个节点通过IMP连接而成的，这 444 个节点是 the University of California at Los Angeles(UCLA), the University of California at Santa Barbara(UCSB), Stanford Research Institute(SRI), and the University of Utah ，由称为网络控制协议 Network Control Protocol, NCP 的软件提供主机间的通信。

1972年，Vint Cerf和Bob Kahn（两个人都是ARPANET核心组的成员），在一个他们称为网络互联项目的研究项目上进行合作。Cerf和Kahn在1973 年发表的具有里程碑意义的论文中，概要论述了端到端的信息分组发送协议 the protocols to achieve end-to-end delivery of packets 的实现。这篇关于传输控制协议 Transmission Control Protocol, TCP 的论文包含了封装、数据报和网关功能等概念。

此后不久，专家们决定将TCP分成两个协议：传输控制协议 Transmission Control Protocol, TCP 和网际协议 Internetworking Protocol, IP 。IP负责处理数据报路由，而TCP负责高层功能，比如分段、重组和差错检测。该互联协议就是我们熟知的TCP/IP协议。

1.3.2 因特网现状

从20世纪60年代以来，因特网的发展经历了漫长的道路。当今的因特网不是简单的层次结构，它由许多广域和局域网组成，通过连接设备和交换工作站连接起来。很难确切地表示因特网，因为它在不断地改变一一新的网络不断地加入，已有网络的地址在不断增加，倒闭公司的网络不断地废除。

现在大多数想建立因特网连接的终端用户，使用因特网服务提供商 Internet Service Provider, ISP 提供的服务。有国际服务提供商、国家服务提供商、区域性服务提供商和本地服务提供商。因特网现在是由私有公司而不是由政府运行的。因特网的示意图（而不是地理图）如图1.13所示。

国际服务提供商：在层次结构的顶端是将国家连接起来的国际服务提供商。
国家服务提供商 National Service Provider, NSP 是由专门的公司创建和维护的主干网络。在北美运营着许多NSP，其中比较著名的是 SprintLink, PSINet, UUNet Technology, AGIS, internet MCI 。为了提供终端用户之间的连接，这些主干网络由复杂的交换工作站（通常由第三方运营）连接，称为网络访问点 network access point, NAP 。有些NSP网络也是由称为对等点 peering points 的私有交换工作站连接起来的。NSP通常以很高的数据速率运行（高达 600Mbps600\textrm{Mbps}600Mbps ）。
区域性因特网服务提供商即区域性ISP regional ISP 是连接到一个或多个 NSP的小型ISP。区域性ISP以较低数据速率运行在第三层。
本地因特网服务提供商 local Internet service provider 提供到终端用户的直接服务。本地ISP可以连接到区域性ISP或直接连接到NSP。大多数终端用户连接到本地ISP。注意，从这种意义上讲，本地ISP可以是一个仅仅提供因特网服务的公司，或者是一个为其自身员工提供网络服务的企业，或者是一个运行有自己网络的非盈利组织（比如学院或者大学）。这些本地ISP可以连接到区域性的或者国家服务提供商。

1.4 协议和标准

在本节中，定义两个广泛使用的词：协议和标准。首先定义协议，它是规则 rule 的同义词，然后讨论标准，它是经过协商达成一致的规则 agreed-upon rules。

1.4.1 协议

在计算机网络中，通信发生在不同系统的实体之间。实体是能够发送和接收信息的任何事物。然而，两个实体间仅发送位流就指望能相互理解，是不可能的。要实现通信，实体之间必须遵循协议，协议是用来管理数据通信的一组规则，它规定了通信的内容、通信的方式和通信的时间。协议的核心要素是语法、语义和时序。

语法 syntax 指的是数据的结构或格式，即它们是以何种顺序表示的。例如，一个简单的协议可能将第一个 888 位作为发送方的地址，第二个 888 位作为接收方的地址，信息流的其余部分作为报文本身。
语义 semantics 指的是每一个位片断的含义，如何解释一个特别的位模式，基于该解释应该采取什么操作？例如，一个地址是否标示了路由、是否标示了报文的最终目的地址？
时序 timing 指的是两个特性：报文发送的时间和发送的速率。例如，如果发送方以 100Mbps100\textrm{Mbps}100Mbps 的速率发送、而接收方只能以 1Mbps1\textrm{Mbps}1Mbps 的速率处理数据，那么传输中会使接收方过载、而造成数据的大量丢失。

1.4.2 标准

在创立和维护对设备制造商开放并具有竞争力的市场方面，以及在保证数据和电信技术及流程的国家和国际互操作性上，标准都是至关重要的。标准为制造商、销售商、政府部门和其他服务提供商提供了一系列准则，以确保在当今市场和国际通信中实现必要的互连。

数据通信标准分为两类：事实的 de facto（意思是依据事实或依据惯例）和法定的 de jure ，意思是依据总规或依据规则。

事实标准。那些未经组织团体承认、但已经在广泛使用中被接受的标准，就是事实标准 de facto standard 。通常而言，事实标准最初由打算定义新产品或技术功能的制造商制定。
法定标准。那些由官方认可的团体制定的标准称为法定标准 de jure standard 。

1.4.3 标准化组织

标准是通过标准创建委员会、论坛以及政府管理机构之间的合作开发出来的。

(1) 标准创建委员会

尽管致力于制定标准的组织很多，但数据电信方面的标准，就北美而言主要由以下几个组织发布：

国际标准化组织 ISO ：它是一个国际性组织，其成员主要来自世界各地的不同政府的标准化创建委员会。ISO的活动范围包括科学、技术和经济活动领域的开发合作。
国际电信联盟一一电信标准分会 ITU-T ：在20世纪70年代早期，许多国家都在制定各自的国家电信标准，但各国的标准之间是不兼容的。为此，联合国建立了一个称做国际电报电话顾问委员会 Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony, CCITT 的协会，并将其作为国际电信联盟 ITU 的一部分。该协会致力于研究和建立通用的电信标准，以及专门用于电话和数据系统的电信标准。1993年3月1日，该协会的名称改为国际电信联盟一一电信标准分会ITU-T 。
美国国家标准协会 ANSI ：尽管名字上是这样的，但美国国家标准协会是一个完全私有的、非营利性的、不附属于美国联邦政府的机构。然而，ANSI所有的活动都是在美国及其国民的扶持下进行的，具有非常重要的影响。
电气和电子工程师协会 IEEE ：这是世界上最大的国际性专业工程师社团。其目的是在电气工程、电子、无线电以及所有相关分支工程领域中，促进理论研究的深入、创新活动的开展和产品质量的提高。IEEE的目标之一是监督计算机及通信的国际标准的制定和采纳。
电子工业协会 EIA ：它与ANSI结成联盟，也是一个非营利组织，致力于提升电子制造的影响力。除了标准的制定以外，其活动包括公众意识教育和游说活动。在信息技术领域，EIA通过定义数据通信的物理连接接口 physical connection interfaces 和电子信号规程 electronic signaling specifications 作出了巨大贡献。

(2) 论坛

电信技术的发展速度已经超出了标准委员会批准标准的能力。标准委员会都是按部就班、按照自然而缓慢的速度工作的。为了适应推动标准化进程的工作模式及规范的需要，许多特定利益团体发展了不同的论坛 forums，论坛代表来自于感兴趣的相关公司。论坛、院校以及用户，共同测试、评估和标准化新技术。由于他们专注于某一具体的技术，论坛能够在电信领域加速这些技术的采纳和使用，将他们的结论提交给标准化团体。

(3) 管理机构

所有的通信技术都必须服从诸如美国联邦通信委员会 Federal Communications Commission, FCC 的政府机构的管辖。这些机构的目的是，通过制定无线电、电视和有线通信的规范来保护公众利益。在通信相关的商务领域，FCC具有国内的和国际的权威性。

1.4.4 因特网标准

因特网标准 Internet standard 是经过完全测试的规范，它是对使用因特网的人们有用的、并且被他们所拥护的标准，是必须遵循的格式化规则。一份规范要想成为因特网标准，需要经过严格的程序。

规范最初以草案开始。因特网草案 Internet draft 是一份没有官方地位的工作文档，有 666 个月的生命期。经过因特网权威机构的推荐，草案能够以请求评论 Request for Comment, RFC 的形式发表，用于产生因特网标准。每份RFC文档经过编辑后赋予一个编号，对所有感兴趣的团体开放。RFC文档经过成熟度考察，并根据其需求程度进行归类。

【计算机网络】第一部分概述(1) 数据通信和网络绪论相关推荐

计算机网络第一章(概述)
第一章概述 1.1因特网概述 1.1.1网络.互联网和因特网网络(Network),由若干结点(Node) 和连接这些结点的链路(Link) 组成. 多个网络还可以通过路由器互联起来,这样就构成 ...
计算机网络第一章概述总结知识点
第1章概述本章最重要的内容: 互联网边缘部分和核心部分的作用,什么是分组交换? 计算机网络的性能指标有哪些计算机网络分层次的体系结构是怎样的?什么是协议和服务? 本章的重要概念互联网采用存储转 ...
计算机网络第一章——概述
个人根据王道考研视频做的笔记,笔记只记录了大概知识结构,对于每一个具体的知识点的讲解并未详细记录. 本章概要:计算机网络的概念.组成.功能和分类- 1.1.1 概念.组成.功能和分类计算机网络的概念 ...
计算机网络--第一章概述--课后习题答案
计算机网络原理第五版课后的全部习题答案,学习通作业答案. 说明:计算机网络原理其他章节的习题答案也在此"计算机网络"专栏. 1-01 计算机网络向用户可以提供那些服务? 答: 连通 ...
计算机网络与通信Day01：数据通信，网络，连接类型，网络分类
目录 0x00 数据通信: 1.数据通信系统的四个关键因素: 2.数据通信系统的五个组件 3.数据流 0x01 网络 1.分布式处理 2.网络准则: 3.连接类型: 网络拓扑结构: 1.全连接结构 S ...
计算机网络跨考看,计算机网络试题第一章概述_跨考网
一.填空题 1计算机网络是能够相互( )的互连起来的自治计算机系统的集合. (第一章.概述.知识点:计算机网络的概念答案:资源共享) 2二十世纪七十年代( )的出现是计算机网络发展 ...
计算机网络：第一章概述
重点: 互联网边缘部分和核心部分的作用,其中包含分组交换的概念计算机网络的性能指标计算机网络分层次的体系结构,包含协议和服务的概念 1.1 计算机网络在信息时代的作用有三类大家都非常熟悉的网络, ...
计算机网络知识点归纳第一章概述
第一章-概述互联网的概述网络的网络计算机网络(简称为"网络") 由若干节点(node)和链接这些节点的链路 (Link)组成. 网络中的节点可以是:计算机,集线器,交换机或路 ...
计算机网络(谢希仁)-第一章:概述
本章概述本章首先介绍计算机网络在信息时代的作用:接着堆计算机网络进行了概述,包括互联网基础结构发展的三个阶段,以及今后的发展趋势:然后,讨论了互联网组成的边缘部分和核心部分:接着在简单介绍了计算机网 ...
计算机网络课程优秀备考PPT之第一章概述（一）
为了记录自己从2016.9~2017.1的<计算机网络>助教生涯,也为了及时梳理和整写笔记! 以上,是<计算机网络>课程的第一章概述. 本文转自大数据躺过的坑博客园博客,原文链 ...