計算機網絡習題解答
教材? 計算機網絡?? 謝希仁編著
第一章 概述
習題1-01 計算機網絡的發展可劃分為幾個階段?每個階段各有何特點?
答: 計算機網絡的發展過程大致經歷了四個階段。
第一階段：(20世紀60年代)以單個計算機為中心的面向終端的計算機網絡系統。這種網絡系統是以批處理信息為主要目的。它的缺點是：如果計算機的負荷較重，會導致系統響應時間過長；單機系統的可靠性一般較低，一旦計算機發生故障，將導致整個網絡系統的癱瘓。
第二階段：(20世紀70年代)以分組交換網為中心的多主機互連的計算機網絡系統。為了克服第一代計算機網絡的缺點，提高網絡的可靠性和可用性，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，就是由交換設備動態地分配傳輸線路資源或信道帶寬所采用的一種技術。電話交換機采用的交換技術是電路交換(或線路交換)，它的主要特點是：① 在通話的全部時間內用戶獨占分配的傳輸線路或信道帶寬，即采用的是靜態分配策略；② 通信雙方建立的通路中任何一點出現了故障，就會中斷通話，必須重新撥號建立連接，方可繼續，這對十分緊急而重要的通信是不利的。顯然，這種交換技術適應模擬信號的數據傳輸。然而在計算機網絡中還可以傳輸數字信號。數字信號通信與模擬信號通信的本質區別在于數字信號的離散性和可存儲性。這些特性使得它在數據傳輸過程中不僅可以間斷分時發送，而且可以進行再加工、再處理。 ③ 計算機數據的產生往往是“突發式”的，比如當用戶用鍵盤輸入數據和編輯文件時，或計算機正在進行處理而未得出結果時，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。據統計，在計算機間的數據通信中，用來傳送數據的時間往往不到10%甚至1%。另外，由于各異的計算機和終端的傳輸數據的速率各不相同，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計算機通信的交換技術。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發(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，美國的分組交換網網絡中傳送的信息被劃分成分組(packet)，該網稱為分組交換網ARPANET(當時僅有4個交換點投入運行)。ARPANET的成功，標志著計算機網絡的發展進入了一個新紀元。現在大家都公認ARPANET為分組交換網之父，并將分組交換網的出現作為現代電信時代的開始。
分組交換網是由若干節點交換機和連接這些交換機的鏈路組成，每一結點就是一個小型計算機。它的工作機理是：首先將待發的數據報文劃分成若干個大小有限的短數據塊，在每個數據塊前面加上一些控制信息(即首部)，包括諸如數據收發的目的地址、源地址，數據塊的序號等，形成一個個分組，然后各分組在交換網內采用“存儲轉發”機制將數據從源端發送到目的端。由于節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存中并可進行相應的處理，這就使得分組的轉發速度非常快。由此可見，通信與計算機的相互結合，不僅為計算機之間的數據傳遞和交換提供了必要的手段，而且也大大提高了通信網絡的各種性能。由此可見，采用存儲轉發的分組交換技術，實質上是在計算機網絡的通信過程中動態分配傳輸線路或信道帶寬的一種策略。值得說明的是，分組交換技術所采用的存儲轉發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發原理的報文交換的思想。它們的關鍵區別在于通信對象發生了變化。基于分組交換的數據通信是實現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格的協議；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則不必如此嚴格定義。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。表1-1列出了分組交換網的主要優點。與電路交換相比，分組交換的不足之處是：① 每一分組在經過每一交換節點時都會產生一定的傳輸延時，考慮到節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、連續的應用場合，如電話話音、視頻圖像等數據的傳輸；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據的通信容量； ③ 分組交換網中的每一節點需要更多地參與對信息轉換的處理，如在發送端需要將長報文劃分為若干段分組，在接收端必須按序將每個分組組裝起來，恢復出原報文數據等，從而降低了數據傳輸的效率。盡管如此，分組交換技術的出現，不僅大大推動了當時的計算機網絡技術的發展，而且也是現代計算機網絡技術發展的重要基礎。