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第三章Internet计算机网络技术及应用本章内容Internet概述1Internet基本原理2Internet服务原理3Internet接入方式43.1Internet概述Internet即因特网、国际互联网，是世界上最大的计算机网络。Internet由世界各地成千上万的计算机网络互联而成（图3-1），是一个世界性的网络，是“网络的网络”，继电话网和电视网之后，成为又一大信息传输网络。Internet向所有接入的用户提供信息和服务，在当前是推动社会信息化的主要力量主干网主干网地区网主干网地区网商业网地区网商业网商业网企业网本地网个人网企业网企业网企业网企业网学校网学校网学校网学校网企业网3.1.1Internet的起源20世纪60年代，美苏冷战期间，美国国防部领导的远景研究规划局（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）提出要研制一种崭新的网络对付来自前苏联的核攻击威胁。因为当时，传统基于电路交换的电信网虽已经四通八达，但战争期间，一旦正在通信的电路有某个中继设备或某条线路被摧毁，整个通信电路就要中断，如要立即改用其它迂回电路，还必须重新建立连接，这将不可避免要造成一些时间延误。因此这个新型网络必须满足一些基本要求：不是为了打电话，而是用于计算机之间的数据传送；能连接不同类型的计算机；所有的网络节点都同等重要，这就大大提高了网络的生存能力；计算机在通信时，必须有所谓的迂回路由，当链路或结点被破坏时，迂回路由能使正在进行的通信自动地找到合适的通路；网络结构要尽可能地简单，但要非常可靠地传送数据。IP网络当部分结点或链路被摧毁时分组交换仍可保持网络畅通路由器3.1.2Internet的发展1969年美国国防部创建的第一个分组交换网ARPAnet只是一个单个的分组交换网，所有想连接在它上的主机都直接与就近的结点交换机相连。ARPAnet规模增长很快，到70年代中期，人们认识到仅使用一个单独的网络无法满足所有的通信问题。于是ARPA开始研究很多网络互联的技术，这就导致后来的互联网的出现。1983年TCP/IP协议产生，用作ARPAnet的标准协议。同年，ARPAnet分解成两个网络，一个是进行试验研究用的科研网ARPAnet，另一个是军用的计算机网络MILnet。1990，ARPAnet因试验任务完成正式宣布关闭。1985年起，美国国家科学基金会NSF认识到计算机网络对科学研究的重要性。1986年，NSF围绕六个大型计算机中心建设计算机网络NSFnet，它是个三级网络，分主干网、地区网、校园网。它代替ARPAnet成为Internet的主要部分。1991，NSF和美国政府认识到Internet不会限于大学和研究机构，于是支持地方网络接入，许多公司的纷纷加入，使网络的信息量急剧增加，美国政府就决定将Internet的主干网转交给私人公司经营，并开始对接入Internet的单位收费。3.1.2Internet的发展从1993年开始，美国政府资助的NSFnet就逐渐被若干个商用的Internet主干网替代，这种主干网也叫Internet服务提供者（ISP）。考虑到Internet商用化后可能出现很多的ISP，为了使不同ISP经营的网络能够互通，4个网络接入点（NAP）在1994被创建，分别由4个电信公司经营，本世纪初，美国的NAP达到了十几个。NAP是最高级的接入点，它主要是向不同的ISP提供交换设备，使们相互通信。现在已经很难对Internet的网络结构给出精细的描述，但大致可分为五个接入级：网络接入点NAP、多个公司经营的国家主干网、地区ISP、本地ISP、本地网。一级ISP大公司大公司大公司NAPNAP二级ISP二级ISP二级ISP公司校园网企业网企业网校园网二级ISP本地ISP本地ISP本地ISPAB3.1.2Internet的发展1961年，美国麻省理工学院的伦纳德·克兰罗克（LeonardKleinrock）博士发表了分组交换技术的论文，该技术后来成了Internet的标准通信方式。1969年12月，由美国国防部（DOD）资助、国防部高级研究计划局（AdvancedResearchProjectsAgency，ARPA）主持研究建立了据交换计算机网络ARPAnet。ARPAnet可以看作是Internet的前身。1971年，位于美国剑桥的BBN科技公司的工程师雷·汤姆林森（RayTomlinson）开发出了电子邮件。1983年，ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的TCP/IP通信协议，美国加州大学伯克利分校把该协议作为其BSDUNIX操作系统的一部分，使得该协议在社会上得以流行，从而诞生了真正的Internet。3.1.2Internet的发展1986年，美国国家科学基金会（NationalScienceFoundation，NSF）利用ARPAnet发展出来的TCP/IP的通讯协议，建立了NSFnet广域网，ARPAnet逐步被NSFnet所替代。到1990年，ARPAnet已退出了历史舞台。如今，NSFnet已成为Internet的重要骨干网之一。1991年，CERN（欧洲粒子物理研究所）的科学家提姆·伯纳斯李（TimBerners-Lee）开发出了万维网（WorldWideWeb）及简单的浏览器。此后互联网开始向社会大众普及。1993年，伊利诺斯大学美国国家超级计算机应用中心的学生马克·安德里森（MarkAndreesen）等人开发出了真正的浏览器“Mosaic”。该软件被改进为NetscapeNavigator（网景公司的航海者浏览器）推向市场。互联网开始得以爆炸性普及。3.1.2Internet的发展截至2009年6月底，中国网民规模达到3.38亿人，较2008年底增长13.4%，上网普及率达到25.5%。网民规模持续扩大，互联网普及率平稳上升。3.1.2Internet的发展目前中国网民规模持续增长，但与互联网发达国家相比，我国的互联网普及率还处于较低水平，网络信息化的优势还没有充分发挥。但是，随着国家经济实体的快速发展，网络基础设施的不断完善，互联网普及率也会随之攀升3.1.2Internet的发展根据国际经合组织（OECD）的统计，2007年10月，OECD主要国家的平均网络下行速率已经达到17.4兆，作为宽带最发达的日本，下行速率甚至已经超过90兆，而中国以ADSL为主的网络接入，大多数下行速率都不超过4兆。同时，因为是共享带宽，在高峰时段，速率会更低。3.1.2Internet的发展互联网在促进网民获取信息、拓展人际交往、鼓励社会参与、提供实际生活便利等方面发挥的积极作用较为突出，但是也容易引起网民与现实脱离，可能造成一定的心理健康问题社会参与：网络在促进人们参与社会活动方面发挥着越来越重要的作用，通过网络参与社会活动的网民数量半年内提升了4.8个百分点。人际拓展：网络时代人们的交往广度被拓宽，人际联系密度加深。近九成的网民认同互联网加强了其与朋友的联系，半年提升了4.5个百分点。网络分享：78.5%的网民经常在网上与他人分享知识。网民的互助行为有利于促进知识传播、生产和生活效率提高，营造健康积极的上网环境。3.1.2Internet的发展互联网的影响（续）生活助手：81.6%的网民对网上办事节省了很多时间表示认同，77.5%的网民觉得生活离不开互联网，互联网已经深入到人们衣食住行的方方面面。社会隔离：互联网给人们带来的心灵交流距离感即社会隔离也逐渐增大。其中，低龄网民因为互联网感受到的社会隔离感更高。网络成瘾：大约每6个网民里有1个具有上网成瘾的倾向。网龄在一年以下的网民对网络成瘾的倾向性最强烈。信息信任：84.3%的网民认为互联网是其最重要的信息渠道。3.1.3中国的Internet主干网1.中国科技网（CSTnet）2.中国互联网（Chinanet）3.中国教育科研网（CERnet）4.中国金桥网5.中国移动互联网（Cmnet）6.中国联通互联网（UNInet）7.中国网通公用互联网（CNCnet）8.中国国际经济贸易互联网（CIETnet）9.中国长城互联网（CGWnet）3.2Internet基本工作原理Internet的基本工作方式是本书第二章中介绍的基于存储转发的分组交换方式Internet中使用的协议可以分为三种网络协议（NetworkProtocol），负责将消息从一个地方传送到另一个地方传输协议（TransportProtocol），负责管理传送信息的完整性应用程序协议（ApplicationProtocol），负责将网络传输的信息转换成用户能够识别的格式。各种应用层协议HTTP、FTP、SMTP等TCP、UDPICMP、IGMPIPRARPARP应用层传输层网络层数据链路层物理层3.2.1TCP/IP协议族1.网际协议（InternetProtocol，IP）2.地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）和逆地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）3.传输控制协议（TransportControlProtocol，TCP）ARPRARPIP地址MAC地址MAC地址IP地址3.2.2IP地址IP地址是一个在全世界范围内唯一的32比特编号。对于网络用户，无论是表示还是记忆，32位二进制数字都不是很方便，因此IP地址更为流行的用法是“点分十进制”表示法0011101110101111101010100010111100111011101011111010101000101111591751704759.175.170.47二进制表示的IP地址按字节划分每个字节都用十进制表示中间加点3.2.2IP地址1981年通过的相关标准，将IP地址主要分为5类，常用的有三种：A类地址、B类地址和C类地址32位0网络号主机号8位24位16位16位24位8位10110网络号主机号网络号主机号A类地址B类地址C类地址3.2.2IP地址从1985年起IP地址由两级变为三级结构。改变的方法是在IP地址中增加“子网号”字段，IP地址本身的长度不变，还是32位。这种方法叫做“划分子网”32位网络号主机号两级IP地址32位网络号主机号三级IP地址子网号59.175.170.47网络号主机号59两级IP地址59.175.170.47网络号主机号59.175子网号子网号为175的网络号主机号三级IP地址00000000000000001111111111111111子网掩码59.175.0.059.175子网的网络地址11111111000000000000000000000000A类地址默认子网掩码：255.0.0.011111111111111110000000000000000B类地址默认子网掩码：255.255.0.011111111111111111111111100000000C类地址默认子网掩码：255.255.255.03.2.2IP地址划分子网的应用，一定程度上缓解了IPv4地址数量不足的压力，但随着时间推移IP地址仍然面临着即将全面分配完毕的危险。于是在1993年，Internet的国际机构IETF（InternetEngineeringTaskForce，Internet工程部）推出了无分类编址方法CIDRCIDR是IP地址使用方法的又一次革新，它消除了传统A、B、C类地址和划分子网的概念，可以更加有效地分配IPv4地址。CIDR把32位的IP地址划分成两个部分，前面的部分是“网络前缀（Network-Prefix）”，简称前缀，用来指明网络，后面的部分则用来指明主机。CIDR使IP地址从三级结构又回到了两级，但这是无分类的两级结构32位网络前缀主机号10位22位地址块59.128.0.0/1032位网络前缀主机号16位16位地址块59.175.0.0/1632位网