什么是计算机网络

第1章概述
在过去的三个世纪里，每个世纪都有一项占主导地位的技术。18世纪，随着工业革命的到来，出现了大规模机械系统的时代。19世纪是蒸汽机的时代。在20世纪的发展过程中，关键技术是信息的收集、处理和分发。在发展的其他方面，我们也可以看到，全世界已经建立了：个电话网络；广播电视出现了；计算机行业诞生了，并以难以想象的速度增长。此外，通信卫星也已发射升空。
技术快速发展的直接结果是这些领域迅速融合，信息收集、传输、存储和处理之间的差异迅速消失。对于一个拥有数百个办公室的大型组织来说，虽然这些办公室分布在很广的地理区域，但未来的预期场景是工作人员只需点击一个按钮就可以查看最远分支机构的状态。随着信息收集、处理和分发能力的不断提高，我们对更复杂的信息处理技术的需求也在快速增长。
与其他行业(如汽车、航空运输)相比，计算机行业还很年轻。然而，计算机技术在短时间内取得了惊人的进步。在计算机的最初20年里，计算机系统高度集中，通常位于一个大房间里。房间通常配有玻璃墙，游客可以通过玻璃墙欣赏里面伟大的电子奇迹。中型公司或者大学可能有一两台电脑，大型科研机构最多几十台。在20年内生产出大量功能相同但体积小于邮票的电脑，是当时人们的科学幻想。
计算机和通信的结合对计算机系统的组织产生了深远的影响。“计算机中心”的概念是把一台大型计算机放在一个单独的房间里，然后用户把他们的处理任务带到房间里去上计算机，这种概念现在已经完全过时了。一台计算机处理整个组织的所有计算需求。这种旧的模式已经被新的模式所取代，在新的模式下，大量独立但相互连接的计算机一起完成计算任务。这些系统被称为计算机网络。如何设计这些网络并组织它们是本书的主题。
在本书中，我们将使用术语“计算机网络”来表示通过相同技术相互连接的自治计算机的集合。如果两台计算机可以交换信息，就可以说它们是相互连接的。两台机器之间的连接不必通过铜线，但也可以使用光纤、微波、红外线和通信卫星来建立连接。在未来，我们将看到网络可以有不同的大小、形状和形式。互联网或万维网不是计算机网络，这可能对许多人来说很奇怪。到这本书的最后，你就会明白为什么了。现在简单回答一下：互联网不是单一的网络，而是由多个网络组成的网络；网络是一个运行在互联网上的分布式系统。显示所有信息第1章概述
在过去的三个世纪里，每个世纪都有一项占主导地位的技术。18世纪，随着工业革命的到来，出现了大规模机械系统的时代。19世纪是蒸汽机的时代。在20世纪的发展过程中，关键技术是信息的收集、处理和分发。在发展的其他方面，我们也可以看到，全世界已经建立了：个电话网络；广播电视出现了；计算机行业诞生了，并以难以想象的速度增长。此外，通信卫星也已发射升空。
技术快速发展的直接结果是这些领域迅速融合，信息收集、传输、存储和处理之间的差异迅速消失。对于一个拥有数百个办公室的大型组织来说，虽然这些办公室分布在很广的地理区域，但未来的预期场景是工作人员只需点击一个按钮就可以查看最远分支机构的状态。随着信息收集、处理和分发能力的不断提高，我们对更复杂的信息处理技术的需求也在快速增长。
与其他行业(如汽车、航空运输)相比，计算机行业还很年轻。然而，计算机技术在短时间内取得了惊人的进步。在计算机的最初20年里，计算机系统高度集中，通常位于一个大房间里。房间通常配有玻璃墙，游客可以通过玻璃墙欣赏里面伟大的电子奇迹。中型公司或者大学可能有一两台电脑，大型科研机构最多几十台。在20年内生产出大量功能相同但体积小于邮票的电脑，是当时人们的科学幻想。
计算机和通信的结合对计算机系统的组织产生了深远的影响。“计算机中心”的概念是把一台大型计算机放在一个单独的房间里，然后用户把他们的处理任务带到房间里去上计算机，这种概念现在已经完全过时了。一台计算机处理整个组织的所有计算需求。这种旧的模式已经被新的模式所取代，在新的模式下，大量独立但相互连接的计算机一起完成计算任务。这些系统被称为计算机网络。如何设计这些网络并组织它们是本书的主题。
在本书中，我们将使用术语“计算机网络”来表示通过相同技术相互连接的自治计算机的集合。如果两台计算机可以交换信息，就可以说它们是相互连接的。两台机器之间的连接不必通过铜线，但也可以使用光纤、微波、红外线和通信卫星来建立连接。在未来，我们将看到网络可以有不同的大小、形状和形式。互联网或者万维网不是计算机网络，可能很多人会觉得很奇怪。到这本书的最后，你就会明白为什么了。现在简单回答一下：互联网不是单一的网络，而是由多个网络组成的网络；网络是一个运行在互联网上的分布式系统。
在一些文献中，计算机网络和分布式系统(distributed system)这两个概念容易使人混淆。两者的关键差别在于:在一个分布式系统中，一组独立的计算机展现给用户的是一个统一的整体，就好像是一个系统似的。通常，对用户来说，分布式系统只有一个模型或-范型。在操作系统之上有一层软件中间件(middleware)负责实现这个模型。一个著名的分布式系统的例子是万维网(World Wide Web)，在万维网中，所有的一切看起来就好像是一个文档(Web页面)一样。
　　在计算机网络中，这种统一性、模型以及其中的软件都不存在。用户看到的是实际的的。如果一个用户希望在一台远程机器上运行一个程序，那么，他①必须登录到远程机器上，然后在那台机器上运行该程序。
　　实际上，分布式系统是建立在网络之上的软件系统。正是因为软件的特性，所以分布式系统具有高度的内聚性和透明性。因此，网络与分布式系统之间的区别更多地在于软件(特别是操作系统)，而不是硬件。
　　然而，这两个主题之间也有许多重合的地方。例如，分布式系统和计算机网络都需要移动文件。不同之处在于是谁来发起移动操作，是系统还是用户虽然本书的焦点主要在于网络，但是讨论到的许多话题在分布式系统中也是很重要的。有关于分布式系统的更多信息，请参考(Tanenbaum and Van Steen，2002)。
　　1.1 计算机网络的应用
　　在开始讨论技术细节之前，首先值得花一点时间来说明为什么人们对于计算机网络很感兴趣，以及计算机网络可用来做些什么事情。毕竟，如果没有人对计算机网络感兴趣的话，那就不会建立这么多计算机网络了。我们首先讨论针对公司和个人的传统用法，然后再转移到最新的一些发展动向，包括针对移动用户和家庭网络的应用上来。
　　1.1.1 商业应用
　　许多公司都具有相当数量的计算机。例如，一家公司可能用一些单独的计算机来监视生产过程、记录库存，以及管理工资的发放工作。最初的时候，这些计算机都是独立工作的，但是后来管理部门决定将这些计算机连接起来，以便将有关整个公司的信息关联起来，并且可以随时访问这些信息。
　　将这个公司的情形更加泛化一点，这里涉及到的问题是资源共享(resource sharing)，其目标是，让每一个人都可以访问所有的程序、设备和特殊的数据，并且做到跟这些资源和用户的物理位置无关。一个既显然又非常普遍的例子是，让一个办公室里的所有工作人员共用同一台打印机。公司没有必要为每一个工作人员都配备一台个人打印机，而且，一台高性能的网络打印机通常比一大批独立的打印机更加便宜，打印速度更快，而且也更容易维护。
　　然而，比共享物理资源(比如打印机、扫描仪和CD刻录机)更重要的是共享信息。每一个大型的或中等规模的公司和许多小型的公司都越来越依赖于计算机化的信息。大多数公司都有顾客记录、库存信息、收到的账单记录、财务报告、缴税信息以及其他更多的在线信息。如果一家银行的所有计算机都不能工作了，那么这家银行可能坚持不了5分钟。如果一个现代化的生产车间使用了计算机控制的装配线，那么计算机崩溃后也不可能继续工作。现在，即使是很小规模的旅行社，甚至只有三个人规模的律师事务所也与计算机网络有着密切的联系，通过计算机网络，雇员们可以即时地访问有关的信息和文档。
　　对于小公司而言，可能所有的计算机都在一个办公室里，或者位于同一个建筑物内，但是对于大型的公司，计算机和雇员们可能分散在许多个办公室中，甚至分散在不同国家的多个分支机构中。然而，纽约的一个销售员有时候需要访问新加坡的产品库存数据库。换句话说，一个用户离他要访问的数据相隔15 000公里，但是他仍然要访问这些数据，就好像这些数据存放在本地一样。简而言之，计算机网络的这个目标可以定义为:企图打破”地理位置的束缚(tyranny of geography)”。
　　按照最简单的形式，你可以把一个公司的信息系统想象成:由一个或者多个数据库，以及许多需要远程访问这些数据库的雇员们组成的。在这个模型中，数据存储在性能较强大的计算机上，称为服务器(server)。通常这些服务器集中在同一个场所，并且由系统管理员对它们进行维护。相反，雇员们的桌子上有一些简单的机器，称为客户(client)，通过这些客户，雇员可以访问远程的数据，例如，他们可以访问远程的电子表格。(有时候，我们也把客户机器的使用者称作”客户”，但是根据上下文环境，你应该可以判断出到底是指机器，还是指机器的用户。)客户和服务器通过网络连接起来，如图1.1所示。请注意，这里我们只是用一个简单的椭圆形来表示一个网络，而没有表达其中的任何细节。当我们从抽象意义上来表达一个网络的时候，就使用这种形式。当有需要的时候，我们也会提供更多的细节。
　　这整个结构称为”客户-服务器模型(client-server model)”。这种模型有很广泛的应用，它也是许多网络应用的基础。当客户和服务器位于同一个建筑物内(比如，属于同一个公司)的时候，这种模型是适用的;当客户和服务器相隔很远的时候，这种模型也是适用的。例如，当一个人在家里访问一个Web页面的时候，就使用了这种模型;其中，远程的Web服务器就是模型中的服务器，用户的个人计算机是模型中的客户。在大多数情况下，一台服务器可以处理许多客户的请求。
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