網路技術

網路技術

網路技術是從1990年代中期發展起來的新技術,它把網際網路上分散的資源融為有機整體,實現資源的全面共享和有機協作,使人們能夠透明地使用資源的整體能力並按需獲取信息。資源包括高性能計算機、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源、大型資料庫、網路、感測器等。當前的網際網路只限於信息共享,網路則被認為是網際網路發展的第三階段。網路可以構造地區性的網路、企事業內部網路、區域網路網路,甚至家庭網路和個人網路。網路的根本特徵並不一定是它的規模,而是資源共享,消除資源孤島。

基本信息

計算機網路

就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互連成一個規模大、功能強的網路系統,從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息,共享信息資源。

主要功能

資源共享

網路的出現使資源共享變得很簡單,交流的雙方可以跨越時空的障礙,隨時隨地傳遞信息。

信息傳輸與集中處理

數據是通過網路傳遞到伺服器中,由伺服器集中處理後再回送到終端。

負載均衡與分布處理

負載均衡同樣是網路的一大特長。舉個典型的例子:一個大型ICP(Internet內容提供商)為了支持更多的用戶訪問他的網站,在全世界多個地方放置了相同內容的WWW伺服器;通過一定技巧使不同地域的用戶看到放置在離他最近的伺服器上的相同頁面,這樣來實現各伺服器的負荷均衡,同時用戶也省了不少冤枉路。

綜合信息服務

網路的一大發展趨勢是多維化,即在一套系統上提供集成的信息服務,包括來自政治、經濟、等各方面資源,甚至同時還提供多媒體信息,如圖象、語音、動畫等。在多維化發展的趨勢下,許多網路套用的新形式不斷湧現,如:
①電子郵件――這應該是大家都得心應手的網路交流方式之一。發郵件時收件人不一定要在網上,但他只要在以後任意時候打開信箱,都能看到屬於自己的來信。
②網上交易――就是通過網路做生意。其中有一些是要通過網路直接結算,這就要求網路的安全性要比較高。
③視頻點播――這是一項新興的娛樂或學習項目,在智慧型小區、酒店或學校套用較多。它的形式跟電視選台有些相似,不同的是節目內容是通過網路傳遞的。
④在線上會議――也稱視頻會議,顧名思義就是通過網路開會。它與視頻點播的不同在於所有參與者都需主動向外傳送圖像,為實現數據、圖像、聲音實時同傳,它對網路的處理速度提出了最高的要求。

網路組成

計算機網路的類型有很多,而且有不同的分類依據。網路按交換技術可分為:線路交換網、分組交換網;按傳輸技術可分為:廣播網、非廣播多路訪問網、點到點網;按拓樸結構可分為匯流排型、星型、環形、樹形、全網狀和部分網狀網路;按傳輸介質又可分為同軸電纜、雙紐線、光纖或衛星等所連成的網路。這裡我們主要講述的是根據網路分布規模來劃分的網路:區域網路、城域網、廣域網和網間網。
區域網路-LAN(Local Area Network)

將小區域內的各種通信設備互連在一起所形成的網路,覆蓋範圍一般局限在房間、大樓或園區內。區域網路的特點是:距離短、延遲小、數據速率高、傳輸可靠。目前常見的區域網路類型包括:乙太網(Ethernet)、令牌環網(TokenRing)、光纖分散式數據接口(FDDI)、異步傳輸模式(ATM)等,它們在拓樸結構、傳輸介質、傳輸速率、數據格式等多方面都有許多不同。其中套用最廣泛的當屬乙太網――一種匯流排結構的LAN,是目前發展最迅速、也最經濟的區域網路。

區域網路

常用設備

網卡(NIC)

插在計算機主機板插槽中,負責將用戶要傳遞的數據轉換為網路上其它設備能夠識別的格式,通過網路介質傳輸。它的主要技術參數為頻寬、匯流排方式、電氣接口方式等。

集線器(Hub)

是單一匯流排共享式設備,提供很多網路接口,負責將網路中多個計算機連在一起。所謂共享是指集線器所有連線埠共用一條數據匯流排,因此平均每用戶(連線埠)傳遞的數據量、速率等受活動用戶(連線埠)總數量的限制。它的主要性能參數有總頻寬、連線埠數、智慧型程度(是否支持網路管理)、擴展性(可否級聯和堆疊)等。

交換機(Switch)

也稱交換式集線器。它同樣具備許多接口,提供多個網路節點互連。但它的性能卻較共享集線器大為提高:相當於擁有多條匯流排,使各連線埠設備能獨立地作數據傳遞而不受其它設備影響,表現在用戶面前即是各連線埠有獨立、固定的頻寬。此外,交換機還具備集線器欠缺的功能,如數據過濾、網路分段、廣播控制等。

線纜

區域網路的距離擴展需要通過線纜來實現,不同的區域網路有不同連線線纜,如光纖、雙絞線、同軸電纜等。

城域網

MAN(Metropolitan Area Network),MAN的覆蓋範圍限於一個城市,目前對於市域網少有針對性的技術,一般根據實際情況通過區域網路或廣域網來實現。

廣域網

WAN連線地理範圍較大,常常是一個國家或是一個洲。其目的是為了讓分布較遠的各區域網路互連,所以它的結構又分為末端系統(兩端的用戶集合)和通信系統(中間鏈路)兩部分。通信系統是廣域網的關鍵,它主要有以下幾種:

公共電話網

即PSTN(Public Swithed Telephone Network),速度9600bps~28.8kbps,經壓縮後最高可達115.2kbps,傳輸介質是普通電話線。它的特點是費用低,易於建立,且分布廣泛。

綜合業務數字網

即ISDN(Integrated Service Digital Network),也是一種撥號連線方式。低速接口為128kbps(高速可達2M),它使用ISDN線路或通過電信局在普通電話線上加裝ISDN業務。ISDN為數字傳輸方式,具有連線迅速、傳輸可靠等特點,並支持對方號碼識別。ISDN話費較普通電話略高,但它的雙通道使其能同時支持兩路獨立的套用,是一項對個人或小型辦公室較適合的網路接入方式。

專線

在中國稱為DDN,是一種點到點的連線方式,速度一般選擇64kbps~2.048Mbps。專線的好處是數據傳遞有較好的保障,頻寬恆定;但價格昂貴,而且點到點的結構不夠靈活。

X.25網

是一種出現較早且依然套用廣泛的廣域網方式,速度為9600bps~64kbps;有冗餘糾錯功能,可靠性高,但由此帶來的副效應是速度慢,延遲大;

幀中繼

即Frame Relay,是在X.25基礎上發展起來的較新技術,速度一般選擇為64kbps~2.048Mbps。幀中繼的特點是靈活、彈性:可實現一點對多點的連線,並且在數據量大時可超越約定速率傳送數據,是一種較好的商業用戶連線選擇。

異步傳輸模式

即ATM(Asynchronous Transfer Mode),是一種信元交換網路,最大特點的速率高、延遲小、傳輸質量有保障。ATM大多採用光纖作為連線介質,速率可高達上千兆(109bps),但成本也很高。廣域網與區域網路的區別在於:線路通常需要付費。多數企業不可能自己架設線路,而需要租用已有鏈路,故廣域網的大部分花費用在了這裡。人們常常考慮如何最佳化使用頻寬,將“好刀用在刀刃上”。
廣域網常用設備

路由器

(Router)廣域網通信過程根據地址來尋找到達目的地的路徑,這個過程在廣域網中稱為"路由(Routing)"。路由器負責在各段廣域網和區域網路間根據地址建立路由,將數據送到最終目的地。

數據機

(Modem)作為末端系統和通信系統之間信號轉換的設備,是廣域網中必不可少的設備之一。分為同步和異步兩種,分別用來與路由器的同步和異步串口相連線,同步可用於專線、幀中繼、X.25等,異步用於PSTN的連線。

網間網

即Internetwork,是一系列區域網路和廣域網的組合,因此包含的技術也是現有的區域網路和廣域網技術的綜合。Internet便是一個當前最大也最為典型的網間網。

協定

如何定義網路協定,它有哪些意義?協定是對網路中設備以何種方式交換信息的一系列規定的組合,它對信息交換的速率、傳輸代碼、代碼結構、傳輸控制步驟、出錯控制等許多參數作出定義。網路是一個相互聯結的大群體,因此要想加入到這個群體中來,就不能隨心所欲,任由興之所發。就好象一個國家或一個種族擁有自己的語言,大家都必須通曉並憑藉這種語言來對話一樣,相互聯結的網路中各個節點也需要擁有共同的“語言”,依據
它所定義的規則來控制數據的傳遞,這種語言便是大家經常聽說的“協定”。協定是對網路中設備以何種方式交換信息的代碼、代碼結構、傳輸控制步驟、出錯控制等許多參數作出定義。

對網路始入門者來說,紛繁複雜的協定常常讓人頭痛不已―這些協定各起什麼作用?它們之間又有什麼聯繫?為什麼有了A協定還需要補充B協定?這些問題搞不清楚,往往成為進一步學習的障礙。其實這個問題應該這樣理解:是先有了各種不同語言的民族,後來隨著社會的發展,才有了不同民族間交流的需求。網路也是這樣,最初人們在小範圍內建立網路,只需要自己作一些簡單的約定,保證這一有限範圍內的用戶遵守就可以了;到後來網路規模越來越大,才考慮到制定更嚴格的規章制度即協定;而為了實現多個不同網路的互聯,又會增加不少新協定作為補充,或成長為統一的新標準。

數據在網路中由源傳輸到目的地,需要一系列的加工處理,為了便於理解,我們這裡不妨打個比喻。如果我們把數據比做朱古力:我們可以把加工朱古力的設備作為源,而把消費者的手作為目的來看看會有什麼樣的傳輸過程。朱古力廠通常會為每塊朱古力外邊加上一層包裝,然後還會將若干朱古力裝入一個朱古力盒,再把幾個朱古力盒一起裝入一個外包裝,運輸公司還會把許多箱朱古力裝入一個貨櫃,到達消費者所在的城市後,又會由運輸商、批發商、零售商、消費者打開不同的包裝層。不同層次的包裝、解包裝需要不同的規範和設備,計算機網路也同樣有不同的封裝、傳輸層面,為此國際標準化組織ISO於1978年提出“開放系統互連參考模型”,即著名的OSI(OpenSystem interconnection)七層模型,網路的協定就是用作這些不同的網路層的行為規範的。網路在發展過程中形成了很多不同的協定族,每一協定族都在網路的各層對應有相應的協定,其中作為Internet規範的是ICP/IP協定族。

TCP/IP協定

什麼是TCP/IP協定,劃為幾層,各有什麼功能?TCP/IP協定族包含了很多功能各異的子協定。為此我們也利用上文所述的分層的
方式來剖析它的結構。TCP/IP層次模型共分為四層:套用層、傳輸層、網路層、數據鏈路層。TCP/IP網路協定

TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,傳輸控制協定/網間網協定)是目前世界上套用最為廣泛的協定,它的流行與Internet的迅猛發展密切相關―TCP/IP最初是為網際網路的原型ARPANET所設計的,目的是提供一整套方便實用、能套用於多種網路上的協定,事實證明TCP/IP做到了這一點,它使網路互聯變得容易起來,並且使越來越多的網路加入其中,成為Internet的事實標準。

套用層―套用層是所有用戶所面向的應用程式的統稱。ICP/IP協定族在這一層面有著很多協定來支持不同的套用,許多大家所熟悉的基於Internet的套用的實現就離不開這些協定。如我們進行全球資訊網(WWW)訪問用到了HTTP協定、檔案傳輸用FTP協定、電子郵件傳送用SMTP、域名的解析用DNS協定、遠程登錄用TELNET協定等等,都是屬於TCP/IP套用層的;就用戶而言,看到的是由一個個軟體所構築的大多為圖形化的操作界面,而實際後台運行的便是上述協定。

傳輸層―這一層的的功能主要是提供應用程式間的通信,TCP/IP協定族在這一層的協定有TCP和UDP。

網路層―是TCP/IP協定族中非常關鍵的一層,主要定義了IP位址格式,從而能夠使得不同套用類型的數據在Internet上通暢地傳輸,IP協定就是一個網路層協定。

網路接口層―這是TCP/IP軟體的最低層,負責接收IP數據包並通過網路傳送之,或者從網路上接收物理幀,抽出IP數據報,交給IP層。

TCP/UDP協定
TCP(Transmission Control Protocol)和UDP(User Datagram Protocol)協定屬於傳輸層協定。其中TCP提供IP環境下的數據可靠傳輸,它提供的服務包括數據流傳送、可靠性、有效流控、全雙工操作和多路復用。通過面向連線、端到端和可靠的數據包傳送。通俗說,它是事先為所傳送的數據開闢出連線好的通道,然後再進行數據傳送;而UDP則不為IP提供可靠性、流控或差錯恢復功能。一般來說,TCP對應的是可靠性要求高的套用,而UDP對應的則是可靠性要求低、傳輸經濟的套用。TCP支持的套用協定主要有:Telnet、FTP、SMTP等;UDP支持的套用層協定主要有:NFS(網路檔案系統)、SNMP(簡單網路管理協定)、DNS(主域名稱系統)、TFTP(通用檔案傳輸協定)等。

分類與特點

什麼是IP協定,IP位址如何表示,分為幾類,各有什麼特點?
為了便於定址和層次化地構造網路,IP位址被分為A、B、C、D、E五類,商業套用中只用到A、B、C三類。
IP協定(Internet Protocol)又稱網際網路協定,是支持網間互連的數據報協定,它與TCP協定(傳輸控制協定)一起構成了TCP/IP協定族的核心。它提供網間連線的完善功能,包括IP數據報規定互連網路範圍內的IP位址格式。Internet上,為了實現連線到網際網路上的結點之間的通信,必須為每個結點(入網的計算機)分配一個地址,並且應當保證這個地址是全網唯一的,這便是IP位址。目前的IP位址(IPv4:IP第4版本)由32個二進制位表示,每8位二進制數為一個整數,中間由小數點間隔,如159.226.41.98,整個IP位址空間有4組8位二進制數,由表示主機所在的網路的地址(類似部隊的編號)以及主機在該網路中的標識(如同士兵
在該部隊的編號)共同組成。為了便於定址和層次化的構造網路,IP位址被分為A、B、C、D、E五類,商業套用中只用到A、B、C三類。

A類地址

A類地址的網路標識由第一組8位二進制數表示,網路中的主機標識占3組8位二進制數,A類地址的特點是網路標識的第一位二進制數取值必須為“0”。不難算出,A類地址允許有126個網段,每個網路大約允許有1670萬台主機,通常分配給擁有大量主機的網路(如主幹網)。

B類地址

B類地址的網路標識由前兩組8位二進制數表示,網路中的主機標識占兩組8位二進制數,B類地址的特點是網路標識的前兩位二進制數取值必須為“10”。B類地址允許有16384個網段,每個網路允許有65533台主機,適用於結點比較多的網路(如區域網)。

C類地址

C類地址的網路標識由前3組8位二進制數表示,網路中主機標識占1組8位二進制數,C類地址的特點是網路標識的前3位二進制數取值必須為“110”。具有C類地址的網路允許有254台主機,適用於結點比較少的網路(如校園網)。為了便於記憶,通常習慣採用4個十進制數來表示一個IP位址,十進制數之間採用句點“.”予以分隔。這種IP位址的表示方法也被稱為點分十進制法。如以這種方式表示,A類網路的IP位址範圍為1.0.0.1-127.255.255.254;B類網路的IP位址範圍為:
128.1.0.1-191.255.255.254;C類網路的IP位址範圍為:192.0.1.1-223.255.255.254。
由於網路地址緊張、主機地址相對過剩,採取子網掩碼的方式來指定網段號。
TCP/IP協定與低層的數據鏈路層和物理層無關,這也是TCP/IP的重要特點。正因為如此,它能廣泛地支持由低兩層協定構成的物理網路結構。目前已使用TCP/IP連線成洲際網、全國網與跨地區網。

網路發展簡史

是什麼促進了網路的發展?縱觀近幾十年資訊時代的風雲變換,人們可以了解網路的發展是與計算機、尤其是個人電腦(PC)的發展密切相關的。
第一台計算機誕生於1945年,標誌著人類自學會使用工具的漫長歲月中,終於擁有了可以替代人類腦力勞動的“工具”;到六、七十年代,進而衍生出計算機互連繫統―嚴格說來還算不上真正的網路―它是IBM和Digital的中央處理系統,網路主體是一台或多台大型主機,被隔離在一個相對封閉的機房(那時人們通常稱這種機房為“玻璃屋”),然後由一群身穿白大褂的工作人員小心維護;大多數有對終端的操作都將通過低速鏈路傳遞到主機去進行處理,網路的效率主要由鏈路的速率和主機的性能決定。這樣的網路不是面向大眾的,僅局限於一些專業領域,如:金融行業、研究機構等。對大多數人而言,網路是陌生的、神秘的甚至是虛無縹緲的東西。直到八十年代PC的出現,才給網路吹來一股清新之風―相對終端而言,PC具備自己的處理引擎(CPU)和檔案存貯區域(硬碟),能夠裝載多種應用程式,獨立地完成許多工作,從而將強大的計算能力交到個人手裡;相對大型主機而言,這種輕便的機器
內部結構大大簡化,其價格遠低於大型機,並且隨著批量生產和技術的迅速成熟還在不斷下降,使越來越多的用戶能享受到這種智慧型設備帶來的迅速、方便、功能強大的服務。因此可以說PC的出現首先是滿足了個人用戶信息處理的需要。但與個人信息處理緊
密相聯的便是信息的交換,於是聯網的需求應運而生―人們購買網路設備和連線,在自己的辦公室內搭建起區域網路,實現本地通訊;為了擴展網路距離,又向提供服務的電話公司租用電話線或其它線路,在城市的各個角落甚至城市之間建立起廣域網;再進一步發展下去,又出現了一類專門的服務行業,可以通過主幹連線將原本隔離的多個網路互聯起來,構成跨越國度的網際網。在這一過程中,Internet(國際網際網路)的蓬勃興起毫無疑問地成為網路技術成長的催化劑。

Internet簡史

Internet的套用範圍由最早的軍事、國防,擴展到美國國內的學術機構,進而迅速覆蓋了全球的各個領域,運營性質也由科研、教育為主逐漸轉向商業化。
在科學研究中,經常碰到“種瓜得豆”的事情,Internet的出現也正是如此:它的原型是1969年美國國防部遠景研究規劃局(Advanced Research Projects Agency)為軍事實驗用而建立的網路,名為ARPANET,初期只有四台主機,其設計目標是當網路中的一部分因戰爭原因遭到破壞時,其餘部分仍能正常運行;80年代初期ARPA和美國國防部通信局研製成功用於異構網路的TCP/IP協定並投入使用;1986年在美國國會科學基金會(National Science Foundation)的支持下,用高速通信線路把分布在各地的一些超級計算機連線起來,以NFSNET接替ARPANET;進而又經過十幾年的發展形成Internet。其套用範圍也由最早的軍事、國防,擴展到美國國內的學術機構,進而迅速覆蓋了全球的各個領域,運營性質也由科研、教育為主逐漸轉向商業化。

90年代初,中國作為第71個國家級網加入Internet,目前,Internet已經在我國開放,通過中國公用互連網路(CHINANET)或中國教育科研計算機網(CERNET)都可與Internet聯通。只要有一台微機,一部數據機和一部國內直撥電話就能夠很方便地享受到Internet的資源;這是Internet逐步"爬"入普通人家的原因之一;原因之二,友好的用戶界面、豐富的信息資源、貼近生活的人情化感受使非專業的家庭用戶既做到套用自如,又能大飽眼福,甚至利用它為自己的工作、學習、生活錦上添花,真正做到"足不出戶,可成就天下事,瀟灑作當代人"。

網路的神奇作用吸引著越來越多的用戶加入其中,正因如此,網路的承受能力也面臨著越來越嚴峻的考驗―從硬體上、軟體上、所用標準上......,各項技術都需要適時應勢,對應發展,這正是網路迅速走向進步的催化劑。到了今天,Internet能夠負擔如此眾多用戶的參與,說明我們的網路技術已經成長到了相當成熟的地步,用戶自己也能耳聞目睹不斷湧現的新名詞、新概念。但這還不是終結,僅僅是歷史長河的一段新紀元的開始而已。

套用集錦

總的說來,Internet是一套通過網路來完成有用的通訊任務的應用程式,下面的篇幅將從套用入手,展示Internet的幾項最廣為流行的功能,它包括:電子郵件、WWW、檔案傳輸、遠程登錄、新聞組、信息查詢等。
電子郵件(Email)
有了通達全球的Internet後,人們首先想到的是可以利用它來提供個人之間的通信,而且這種通信應能兼具電話的速度和郵政的可靠性等優點。這種思路生根發芽成長起來,最終得到的果實便是Email。通過它,每人都可以有自己的私有信箱,用以儲存已收到但還未來得及閱讀的信件,Email地址包括用戶名加上主機名,並在中間用@符號隔開。從最初的兩人之間的通信,如今的電子郵件軟體能夠實現更為複雜、多樣的服務,包括:一對多的發信,信件的轉發和回復,在信件中包含聲音、圖像等多媒體信息等;甚至可以做到只要有你的郵件到達,掛在你身上的BP機就嘀嘀作響發出提示;人們還可以象訂購報刊雜誌一樣在網上訂購所需的信息,通過電子郵件定期送到自己面前。

WWW

World Wide Web(通常被稱為WWW)在中文裡常被譯作“全球資訊網”,除發音相近外,也體現了其變化萬千的內涵。用戶藉助於一個瀏覽器軟體,在地址欄里輸入所要查看的頁面地址(或域名),就可以連線到該地址所指向的WWW伺服器,從中查找所需的圖文信息。WWW訪問的感覺有些象逛大商場,既可以漫無邊際地徜徉,也可以奔著一個目標前進;但不論如何,當用戶最終獲得想要的內容時,也許已經跨越了千山萬水,故有時我們也稱之為“Web衝浪”。WWW伺服器所存貯的頁面內容是用HTML語言(Hyper Text Mark-up Language)書寫的,它通過HTTP協定(Hyper Text Transfering Protocol)傳送到用戶處。

檔案傳輸(FTP)

儘管電子郵件也能傳送檔案,但它一般用於簡訊息傳遞。Internet提供了稱作FTP(File Transfer Protocol)的檔案傳輸應用程式,使用戶能傳送或接收非常大的數據檔案:當用戶發出ftp命令,連線到FTP伺服器後,可以輸入命令顯示伺服器存貯的檔案目錄,或從某個目錄拷貝檔案,通過網路傳遞到自己的計算機中。FTP伺服器提供了一種驗證用戶許可權的方法(用到用戶名、密碼),限制非授權用戶的訪問。不過,很多系統管理員為了擴大影響,打開了匿名ftp服務設定――匿名ftp允許沒有註冊名或口令的用戶在機器上存取指定的檔案,它用到的特殊用戶名為“anonymous”。

遠程登錄(Remote Login)

遠程登錄允許用戶從一台機器連線到遠程的另一台機器上,並建立一個互動的登錄連線。登錄後,用戶的每次擊鍵都傳遞到遠程主機,由遠程主機處理後將字元回送到本地的機器中,看起來仿佛用戶直接在對這台遠程主機操作一樣。遠程登錄通常也要有效的登錄帳號來接受對方主機的認證。常用的登錄程式有TELNET、RLOGIN等。

Usenet新聞組

Usenet新聞是Internet上的討論小組或公告牌系統(BBS)。Usenet在一套名為"新聞組"的標題下組織討論,用戶可以閱讀別人傳送的新聞或發表自己的文章。新聞組包括數十大類、數千組"新聞",平均每一組每天都有成百上千條"新聞"公布出來。新聞組的介入方式也非常隨便,你可以在上面高談闊論、問問題,或者只看別人的談論。上面所列舉的僅是Internet文化長廊中的主要內容,但絕不是全部。Internet永遠是在不斷發展、推陳出新的,這將是我們下一篇的內容――Internet的發展趨勢。

面臨問題

頻寬的短缺

據1995年年中的估計,有150多個國家和地區的6萬多個網路同Internet聯結,入網計算機約450萬台,直接使用Internet的用戶達4000萬人。而到今天,Internet已經開通到全世界大多數國家和地區,幾乎每隔三十分鐘就有一個新的網路連入,主機數量每年翻兩番,用戶數量每月增長百分之十,預計到本世紀末和下世紀初,Internet將連線近億台計算機,達到以十億計的用戶。而對更遠的將來,人們很難精確估計。不管怎么說,這些數字已足以說明Internet的危機所在:就好象一根懸掛了很多重物的鋼絲繩,重量增加了,繩子就有斷裂的危險;而用戶在Internet上的遊歷實際上要走過很多根這樣的“鋼絲繩”,用戶越多,繩子的負載越重,其中任一根不結實,都會成為瓶頸,導致網路訪問的失敗。因此,“鋼絲繩”的加固―頻寬容量的增加勢在必行,從Internet主幹到分支,直至最終用戶的接入,都出現了許多成熟的或正在發展的鏈路技術來實現這項需求,我們將在後文著重介紹其中用戶最為關心的幾種接入技術。

IP位址資源的匱乏

我們曾介紹了IP位址的格式和分類,這裡所指的都是現行的IPv4―它是一個32位二進制數,因此總地址容量為232,也即有數億個左右。而按照TCP/IP協定(同很多其它協定一樣)的規定,相互聯接的網路中每一個節點都必須有自己獨一無二的地址來作為標識,那么很顯然,相對前文日益增長的用戶數,現有IP位址資源已不堪重負,很快將被用光―有預測表明,以目前Internet發展速度計算,所有IPv4地址將在2005~2010年間分配完畢。解決IP位址缺乏的辦法之一是想辦法延緩資源耗盡的時間,目前最廣泛套用的技術當屬NAT(Network Address Translation,網路地址翻譯)―它使企業用戶在內部網路套用中採用自行定義的地址,只在需要作Internet訪問時才翻譯為合法的Internet地址;它的最大好處是用戶加入Internet時不需更改內部地址結構,而只需在內外交界處實施地址轉換,並且能夠實現多個用戶復用同一合法地址,從而大大節省地址資源;但作NAT轉換的同時也增加了網路的複雜性,何況它並不能阻止可用地址越來越減少的趨勢。

發展技術

接入技術

接入技術也稱“最後一公里”技術,表示從最終用戶到本地電信服務商之間的一段連線。大家已經熟悉的有PSTN撥號、ISDN和專線等技術,而近幾年接入技術發展迅猛,比較成熟的有:

ADSL

ADSL又稱非對稱數字用戶線,是DSL家族系列技術(HDSL、VDSL、IDSL等)中套用最廣的一種。它的最大好處是利用現有的電話雙絞線作為傳輸介質,因此成本較低;接入頻寬卻相對電話線傳輸的PSTN(目前最高115.2Kbps)快了許多,從局端到用戶的下行速率理論上可達7-8M,實際使用的下行速率一般為1.5-2Mbps,從用戶到局端的上行速率為幾百Kbps,這也比PSTN有了很大提高;ADSL的非對稱性與終端用戶的網路訪問特點是相一致的――個人用戶多數套用都是以客戶方式從網上去獲取數據,如WWW、FTP,只在個別時候才向網路大量傳送數據,如傳送附帶多媒體信息的電子郵件,因此下行數據量大、上行數據量小,也為非對稱方式。

線纜數據機

線纜數據機是一項非常適宜於家庭用戶的接入技術。它在電纜電視的基礎上,將分配網路的主幹部分改為光纜,在各個服務節點處完成光電轉換,再由同軸電纜將傳輸信號送到用戶家裡,可有效地實現Internet訪問、電視點播和數據電話等業務,市場前景廣闊。線纜傳輸也是非對稱方式,每服務節點下行速率高達10-30Mbps,上行速率可達2M左右,但與ADSL不同,它是一個共享網路,實際每用戶可用頻寬與節點所連的上網用戶數成反比,即便如此,用戶能享用的頻寬也是相當可觀的。
線纜數據機套用發展的最大障礙是線纜線路的雙向改造――傳統的有線電視大多是單向傳輸;而數據的訪問是雙向進行的,因此必須實施線路改造以適應這項新的套用。在改造完成之前也有一種暫時的解決辦法:即下行數據傳遞採用電視線纜,上行
數據則採用電話線回傳。

無線接入技術

作為有線接入的補充,在不便於有線接入的地區,用無線通信設備把用戶接入市話交換網,統稱為無線接入系統。無線本地環路系統技術來源於以下三個方面:
(1)來源於蜂窩移動通信系統;
(2)來源於大區制通信系統、數字無繩電話系統、數字微波和衛星通信系統。
大區制系統主要指集群通信系統。
(3)來源於專用的無線本地環路系統,採用大功率、大覆蓋、低成本。以其獨特的優點,很快被市場接受,發展十分迅速。目前世界各大通信公司幾乎都有典型產品。
CDMA(碼分多址)和其衍生的無線本地環路技術有著其他無線接入技術不可比擬的優點,代表無線接入技術的發展方向。
接入技術的發展充分體現了“三網合一”的套用趨勢:ADSL是利用原來的語音載體電話線傳遞數據,線纜數據機則利用原有的圖像載體有線電視傳遞數據,大家熟悉的IP電話則是通過各類數據載體傳送語音。因此,今後的數據網、電視網和電話網將不再相互隔離,共同承攬數據、語音、圖像集成的業務,緩解了Internet的頻寬壓力。

IPv6技術

正當人們為IPv4面臨的問題而焦頭爛額時,IPv6出現了,它給人們帶來了近乎完美的解決方案:
1.如同電話號碼升位一樣,IPv6提供了128位的IP位址,使地址數量大幅增加,從而解決了現在的IP位址資源危機;
2.IPv6採用了“可聚集全球統一計算地址”的構造,這使IP位址構造同網路的拓撲結構(連線形態)相一致,從而縮小了路由表,使路由器能夠高效率地決定路由;
3.IPv6具有自動把IP位址分配給用戶的功能大大減少了網路管理費用。
儘管IPv6比IPv4具有明顯的優越性,但在全球範圍內實現地址的升級有許多實際困難。為此,Internet研究組織IETF制定了一套IPv4向ipv6過渡的方案,其中包括三個機制:兼容IPv4的IPv6地址、雙IP協定棧和基於IPv4隧道的IPv6。

電子商務

電子商務
(E-Commerce)便是基於網路套用的各種技術在各行各業實施的全方位的改造,為人們展示了一個全新、璀璨的世界。電子商務不一定都通過Internet來完成,但Internet的高速發展卻為其提供了生根萌芽的沃土。大名鼎鼎的Amazon公司應該說敢為勇者先,率
架築起自己圖書購銷配套服務的龐大帝國成為電子商務運作的典範。同以前所提到的套用相比,電子商務更象一種理念,它的實現並沒有固定的格式。在Internet或自己的網路上利用各種技術建設適合自身特點的Intranet、Extranet,其中策略的制定是發展
的關鍵。不論進度如何,電子商務必然是Internet套用的一項主要發展趨勢。

網路七層功能

網路七層包括物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層和套用層。其中物理層、數據鏈路層和網路層通常被稱作媒體層,是網路工程師所研究的對象;傳輸層、會話層、表示層和套用層則被稱作主機層,是用戶所面向和關心的內容。

OSI七層模型的示意,它們由下到上分別為:

物理層

物理層定義了通訊網路之間物理鏈路的電氣或機械特性,以及激活、維護和關閉這條鏈路的各項操作。物理層特徵參數包括:電壓、數據傳輸率、最大傳輸距離、物理連線媒體等。

數據鏈路層

實際的物理鏈路是不可靠的,總會出現錯誤,數據鏈路層的作用就是通過一定的手段(將數據分成幀,以數據幀為單位進行傳輸)將有差錯的物理鏈路轉化成對上層來說沒有錯誤的數據鏈路。它的特徵參數包括:物理地址、網路拓樸結構、錯誤警告機制、所傳數據幀的排序和流控等。其中物理地址是相對網路層地址而言的,它代表了數據鏈路層的節點標識技術;“拓樸”是網路中經常會碰到的術語,標記著各個設備以何種方式互連起來,如:匯流排型―所有設備都連在一條匯流排上,星型―所有設備都通過一個中央結點互連;錯誤警告是向上層協定報告數據傳遞中錯誤的發生;數據幀排序可將所傳數據重新排列;流控則用於調整數據傳輸速率,使接收端不至於過載。

網路層

網路層將數據分成一定長度的分組,並在分組頭中標識源和目的節點的邏輯地址,這些地址就象街區、門牌號一樣,成為每個節點的標識;網路層的核心功能便是根據這些地址來獲得從源到目的的路徑,當有多條路徑存在的情況下,還要負責進行路由選擇。

傳輸層

提供對上層透明(不依賴於具體網路)的可靠的數據傳輸。如果說網路層關心的是“點到點”的逐點轉遞,那么可以說傳輸層關注的是“端到端”(源端到目的端)的最終效果。它的功能主要包括:流控、多路技術、虛電路管理和糾錯及恢復等。其中多路技術使多個不同套用的數據可以通過單一的物理鏈路共同實現傳遞;虛電路是數據傳遞的邏輯通道,在傳輸層建立、維護和終止;糾錯功能則可以檢測錯誤的發生,並採取措施(如重傳)解決問題。

會話層

在網路實體間建立、管理和終止通訊套用服務請求和回響等會話。

表示層

定義了一系列代碼和代碼轉換功能以保證源端數據在目的端同樣能被識別,比如大家所熟悉的文本數據的ASCII碼,表示圖象的GIF或表示動畫的MPEG等。

套用層

套用層是面向用戶的最高層,通過軟體套用實現網路與用戶的直接對話,如:找到通訊對方,識別可用資源和同步操作等。
網路七層的底三層(物理層、數據鏈路層和網路層)通常被稱作媒體層,它們不為用戶所見,默默地對網路起到支撐作用,是網路工程師所研究的對象;上四層(傳輸層、會話層、表示層和套用層)則被稱作主機層,是用戶所面向和關心的內容,這些程式常常將各層的功能綜合在一起,在用戶面前形成一個整體。大家所熟悉的網上套用WWW、FTP、TELNET等,都是這多層功能的綜合。
在數據的實際傳輸中,傳送方將數據送到自己的套用層,加上該層的控制信息後傳給表示層;表示層如法炮製,再將數據加上自己的標識傳給會話層;以此類推,每一層都在收到的數據上加上本層的控制信息並傳給下一層;最後到達物理層時,數據通過實際的物理媒體傳到接收方。接收端則執行與傳送端相反的操作,由下往上,將逐層標識去掉,重新還原成最初的數據。由此可見,數據通訊雙方在對等層必須採用相同的協定,定義同一種數據標識格式,這樣才可能保證數據的正確傳輸而不至走形。

相關詞條

相關搜尋

熱門詞條