计算机网络基础
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1.1.2 分组交换网——第二代计算机网络

为了克服第一代计算机网络的缺点,提高网络的可靠性和可用性,人们开始研究将多台计算机相互连接的方法。网络用户希望通过网络实现计算机资源共享。人们首先想到的是借鉴电话系统中所采用的电路交换(Circuit Switching)。但电路交换本来是为电话通信而设计的,对于计算机网络来说,建立通路的呼叫过程太长,必须寻找新的适合于计算机通信的交换技术。1964年8月,巴兰(Baran)在美国兰德(Rand)公司“论分布式通信”的研究报告中提到了存储转发的概念,为第二代计算机网络的出现提供了重要的技术支撑。

第二代计算机网络的阶段是20世纪60年代中期到70年代早期。第二代计算机网络在真正意义上实现了计算机之间的互联,以资源共享为目的,典型的代表是20世纪60年代美国国防部高级研究计划局的网络ARPANET(Advanced Research Project Agency Network)。ARPANET不仅开创了第二代计算机网络,而且影响深远,深远的意义在于由它开始发展成为今天在世界范围内广泛应用的因特网(Internet)。它的TCP/IP协议簇已成为事实上的国际标准。第二代计算机网络将分散在不同地点的计算机互联,它是以资源子网为中心的计算机网络,从逻辑功能上来看,可以分为资源子网和通信子网两部分,如图1-3所示。在第二代计算机网络中,主机之间没有主从关系,网络中的多个用户通过终端不仅可以共享本主机上的软件、硬件资源,还可以共享通信子网中其他主机上的软件、硬件资源,故这种计算机网络又称共享系统资源的计算机网络。

图1-3 计算机网络结构示意图

1.资源子网

资源子网主要包括各类主机、终端、外围设备、网络协议及网络软件等,它的主要任务是收集、存储和处理信息,为用户提供网络服务和资源共享功能等。

(1)主机(Host)

在计算机网络中,主机是网络上管理共享资源的各种类型的计算机,包括大型机、中型机、小型机、工作站或微机。主机是资源子网的主要组成部分,通过高速线路与通信子网的通信控制处理机(Communication Control Processor,CCP)相连接。

(2)终端(Terminal)

终端是用户访问网络的界面装置,又称终端设备,是计算机网络中处于网络最外围的设备,主要用于用户信息的输入以及处理结果的输出等。在个人计算机时代,个人计算机可以运行称为终端仿真器的程序来模仿一个终端的工作。随着移动网络的发展,移动终端(如智能手机、PAD)等得到了广泛应用。此时,终端不仅能承担输入/输出的工作,同时也能进行一定的运算和处理,实现部分系统功能。

2.通信子网

通信子网是把网络中各站点互相连接起来的数据通信系统,主要包括通信线路(传输介质)、网络连接设备(如通信控制处理器)、网络协议和通信控制软件等。通信子网的主要任务是连接网络上的各种计算机,完成数据的传输、交换、加工和通信处理工作。按照功能来分,包括数据交换和数据传输两部分,硬件部分由通信线路、通信控制处理机以及其他通信设备组成。

(1)通信线路

通信线路(传输介质)是指用于连接两个或多个网络结点(通信控制处理机或者主机)的物理传输线路,包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。

(2)通信控制处理机

通信控制处理机是一种在数据通信系统中专门负责数据通信、传输和控制的计算机或具有同等功能的计算机部件。

通信控制处理机在网络拓扑结构中称为网络结点。一方面,通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端连接的接口,将主机和终端连入网内;另一方面,通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结点,完成分组的接收、校验、存储、转发等功能,并起着将源主机报文准确地发送到目的主机的作用。

(3)其他通信设备

其他通信设备主要包括交换机和信号变换设备等。其中信号变换设备的功能是对信号进行变换以适应不同传输媒体的要求,包括调制解调器、无线通信的收发设备等。

在第二代计算机网络中,多台计算机通过通信子网构成一个有机的整体,既分散又统一,从而使整个系统性能大大提高;原来单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上,使得网络系统的响应速度加快;而且在这种系统中,单机故障也不会导致整个网络系统的全面瘫痪。