第第第第第第第第第第第33333333333章章章章章章章章章章章广广广广广广广广广广广域域域域域域域域域域域网网网网网网网网网网网与与与与与与与与与与与IIIIIIIIIIInnnnnnnnnnnttttttttttteeeeeeeeeeerrrrrrrrrrrnnnnnnnnnnneeeeeeeeeeettttttttttt 在第2章介绍了局域网络的组成和架构,由于局域网络范围是有限的,资源更是有限 的,必须建立不受区域限制的网络,以便信息交流和资源共享,因此,广域网络应运而生。 广域网就是广泛区域的网络,而国际互联网Internet则是典型的广域网络。 .了解广域网络的拓扑结构; .了解中国早期的四大互联网络; .了解中国教育与科研计算机网及其成就; .了解IP地址、域名、子网的概念及其用途; .了解Internet的接入技术。 .具备绘制广域网络拓扑结构的能力; .具备IP地址分配与管理的能力; .具备广域网络设计与建设的能力; .具备广域网络故障诊断和简单维护的能力。 课程内容与课程思政培养目标关联表如表3-1所示。 表3- 1 课程内容与课程思政培养目标关联表 节知识点案例及教学内容思政元素培养目标及实现方法 3.1 国际互联网络 由于互联网络,拉近了 人和人之间的距离,拉 近了国家与国家之间的 地理位置,使得世界和 平又有了进步 培养学生爱祖国、爱和平的 理念,“太平世界,环球同此 凉热” 3.4.2 中国教育与科 研计算机网 了解中国教育与科研计 算机网对我国教育事业 所取得的巨大成就 培养学生树立教育是强国的 根本的意识,立志学好知识 和本领,为建设社会主义强 国做贡献 第3章广域网与Inte rnet81 3.1广域网络技术 3.1 广域网络的基本概念 1. 如前所述,局域网络是局部区域的网络,一般是一栋大楼、一个大院、一座工厂或一所 大学所建立的管理网络,如贵州大学校园网络、清华大学校园网络等。其接入网络的计算 机终端数量是有限的,网络覆盖的范围也是有限的。要想扩大网络的规模和地理范围,必 须对网络进行扩展,即将不同地区、不同行业、不同单位所拥有的局域网络通过网络连接 设备连接起来,使得局域网络与局域网络之间能够相互进行信息交流和资源共享。如何 用网络连接设备扩展网络是这一节要介绍的主要内容。通过网络连接设备扩展的网络拓 扑结构如图3-1所示。 图3- 1 通过网络连接设备扩展的网络拓扑结构图 在现代网络结构中,依据网络的规模和网络覆盖范围分为局域网、广域网、城域网、行 Interne 业网、国家或地区网、因特网(t)等。 (1)局域网:通过网桥、网关或路由器等网络连接设备进行连接而形成的大型网络。 同类型局域网络可用网桥连接,也可用网关或路由器连接;异类型的局域网络则必须用网 关或路由器连接。 (2)广域网:覆盖范围可从几十千米、几百千米到数万千米。根据网络的覆盖范围 可分为城域网络、行业网络、国家或地区网络以及Internet。 (3)城域网:又称为城市网络,其网络覆盖范围是一个大城市,如北京市城域网、贵 阳市城域网。 (4)行业网:覆盖某行业的广域网络,如面向我国金融系统的金桥网(ChinaGBN )、 面向我国教育系统的中国教育与科研计算机网(CERNET)以及面向我国科研系统的中 国科技网(CSTNET)等。 (5)国家或地区网:其网络覆盖范围是一个国家或一个地区,如中国网(ChinaNet)、 中国台湾地区网络等。 (6)因特网:又称为网间网,其网络覆盖范围是全世界。 1.局域网与广域网的连接 3.2 局域网通过网络连接设备(一般是路由器)和网络通信介质(一般是光纤和微波)连入 计算机网络基础(第4版) 广域网。在这里,给出一个基于令牌环100Mb/sFDDI(光纤分布式接口)局域网络与远 程广域网络的连接方案,如图3-2所示。 图3- 2 局域网与广域网的连接拓扑结构图 3.3 Tn 和DSn 1. n(1,2,3,4)是电话公司使用的T载波电缆提供的连接通信服务。通常将载 波电缆称为T-1、T-2、T-3和T-4。 T载波电缆,是数字传输线路的美国标准,也是国际标准,通常用以连接广域网络。 T载波及载波电缆的技术指标如表3-2所示。 DSn= 表3- 2 T 载波及载波电缆的技术指标 服务 T 载波声音通道传输速率/(Mb/s) DS-1 T-1 24 1.544 DS-2 T-2 96 6.312 DS-3 T-3 672 43.836 DS-4 T-4 4032 273.276 注:载波是指能被另一种信号调制的连续波,其目的是屏蔽噪声。 3.4 广域网络拓扑结构 1. 1. 对等网络拓扑结构 一个对等网络可以使用专用线路,也可以使用一般的通信介质。广域网络中的对等 网络,是用“一条”通信线缆将若干局域网络连接在一起而形成的网络系统,类似于局域网 络中的“总线结构”,如图3-3所示。 图中的UserLocation指的是“局域网络结点”。 对等网络是连接少量结点(在这里,一个结点指的是一个局域网络)的网络结构,网络 第3章广域网与Inte rnet83 图3- 3 对等网络拓扑结构图 连接设备通常是路由器,路由策略通常采用静态路由。 对等网络有以下两个局限性。 (1)可扩充性差:当在对等网络中间增加新的结点时,在任意两个结点之间的跳数 会改变。 (2)部件或设备在任何地方出现问题都会使对等广域网络被分裂(一分为二或 更多)。 术语:一跳。通信线缆每经过一个桥接设备(如网桥、网关、路由器)称为一跳。在网 络系统设计时,以跳数越少越好。在图3-3中,结点B到结点A的距离为1跳,结点B到 结点D的距离为3跳。 2. 环状网络拓扑结构 环状结构是在对等网络结构的基础上发展得到的,即在对等网络的两终端的路由器 上分别增加一个连接端口,并增加一个传输设备和一条通信线路即可。环状网络结构可 以实现动态路由技术,如图3-4所示。环状网络拓扑结构的优、缺点如下。 图3- 4 环状网络拓扑结构图 优点:系统可使用动态路由功能,增加了系统的可靠性并提高了系统的效率。 缺点:增加结点即要增加跳数;而且,不宜多用户连入网络,因此,环状结构网络只适 用于主干网络的建设。 3. 星状网络拓扑结构 对等网络结构的另一个变形是星状结构,这种网络拓扑结构几乎可以用任何传输设 计算机网络基础(第4版) 备建成。星状网络拓扑结构如图3-5所示,其优、缺点如下。 图3- 5 星状网络拓扑结构图 优点:扩展性好;任何两个结点之间最多只有“两跳”的距离;星状结构实现所需设备 比环状结构要少。 缺点:从图3-5可以看出,结点A是整个系统的“主结点”,若结点A上的路由器发生故 障,将导致整个网络系统瘫痪。所以,在结点A上的路由器一定要选用高性能的路由器。 4. 半网状网络拓扑结构 半网状结构是一种非常灵活的网络拓扑结构,可以有各种不同的配置,这种网络结构 的特点就是路由器比其他几种基本结构要连接得更紧密一些,但又不像全网状结构那样 全连接。 半网状结构可以减少广域网结点之间的“跳数”(hops), 减少建立和维护的费用开支, 其费用容易被用户接受,而且与全网状结构相比,其可扩展性更好。 半网状结构的网络是在星状网络结构的基础上增加少量的结点连线而形成的网络系 统,其网络拓扑结构如图3-6所示。 图3- 6 半网状网络拓扑结构图 5. 全网状网络拓扑结构 将任意两个结点都用线缆进行互连而形成的网络系统称为全网状结构,如图3-7所 示。全网状网络拓扑结构的优、缺点如下。 优点:把任意两个结点之间的“跳数”减少到最少,即“一跳”,使系统的可靠性和稳定 性达到最高。 缺点:系统的扩展性差、线缆耗量太大,系统造价太高。 第3章广域网与Inte rnet85 图3- 7 全网状网络拓扑结构图 由于全网状结构的成本太高,而且扩展性极差,因此,全网状结构只是一个理想的网 络结构,实际上应用得极少。 6. 双层网络拓扑结构 双层网络拓扑结构是星状拓扑结构的一种变形结构,如图3-8所示。它使用两个或 多个路由器(作为中心路由器)与其他结点相连接(图3-8中使用了两个中心路由器), 而 不像星状结构那样只使用一个中心路由器。所以,双层网络结构纠正了星状结构的脆弱 性的同时,又不影响其效率和扩展性。双层网络拓扑结构的优、缺点如下。 优点:提高了系统的可靠性和系统的容错性,系统的可扩展性也得到充分的保证。 缺点:系统的费用较高,用户难以接受。 图3- 8 双层网络拓扑结构图 7. 三层网络拓扑结构 在三层网络拓扑结构网络中,以一个高性能的路由器作为主路由器,由主路由器接出 有限个路由器作为中心路由器,用户结点路由器与一个或多个中心路由器相连,如图3-9 所示。三层网络拓扑结构的优、缺点如下。 优点:三层结构比两层结构的容错性更强,扩充性好。 缺点:三层结构网络的建设、维护都相当昂贵,因此,它仅应用于主干网络。 8. 混合网络拓扑结构 一个有效的混合网络拓扑应该是一个多层广域网,它的主干结点间是全网状结构,这样 计算机网络基础(第4版) 图3- 9 三层网络拓扑结构图 做的目的是主干网络具有容错性,具有全网状结构的最小跳数,有效地避免了全网状结构在 可扩展性上的局限性。混合网络拓扑结构如图3-10 所示。混合拓扑结构的优、缺点如下。 优点:系统的稳定性和可靠性高,可扩展性好。骨干层用T3 线缆连接,保证了骨干 网络的高效性。 缺点:线缆耗量大,系统建设和维护费用太高。 图3-10 混合网络拓扑结构图 3.2 Internet概述 3.1 Itret的定义 2.nen Internet是国际互联网络,又称为因特网,是广域网络的进一步扩展。如前所述,因 特网是将世界上各个国家和地区成千上万的同类型和异类型网络互联在一起而形成的一 个全球性大型网络系统。Internet的前身是美国国防部在20 世纪60 年代研制的 ARPAnet。该网络最初是为国防应用设计的,后来高等院校及应用商的介入,使之逐步 转向民用,最终成为国际网络标准。 Internet是世界上最大、流行最广的计算机互联网络,它连接了上千万个局域网络和 Interne 数亿个用户。除去设备规模、统计数字、使用方式、发展方向上的明显优势外,t正 rnet87 第3章广域网与Inte 以一种令人难以置信的速度发展。 从表3-3可以看出Internet惊人的发展速度。 表3- 3 Internet发展统计表 时间入网网络数入网计算机数时间入网网络数入网计算机数 1988 年305 56000 1994 年41520 4000000 1989 年837 159000 2000 年1000000 100000000 1990 年2063 313000 2014 年30000000 3000000000 1992 年7354 1136000 2020 年3500000000 4540000000 从网络通信技术的角度看,t是一个以TCP/IP 网络协议连接各个国家、各个 Interne 地区以及各个机构的计算机网络的数据通信网。从信息资源的角度看,Internet是一个 集各个部门、各个领域的各种信息资源为一体,供网上用户共享的信息资源网。今天的 Internet已远远超过了网络的含义,它是一个社会。虽然至今还没有一个准确的定义概 括Internet,但是这个定义应从通信协议、物理连接、资源共享、相互联系、相互通信的角 度综合考虑。因此,nent的定义应包含下面3个方面的内容。 Itre(1)Internet是一个基于TCP/IP 协议族的网络; (2)Internet是一个网络用户的集团,网络使用者在使用网络资源的同时,也为网络 的发展壮大贡献自身的力量 ; (3)Internet是所有可被访问和利用的信息资源的集合 。 3.2 Itret的特点 2.nen Internet的特点如下。 (1)支持资源共享; (2)采用分布式控制技术; (3)采用分组交换技术; (4)使用通信控制处理机; (5)采用分层的网络通信协议。 3.3 Internet的历史和发展 3.3.1 Internet的历史 Internet最早来源于美国国防部高级研究计划局(DefenseAdvancedResearchProjects Agency,DARPA)的前身ARPA 建立的ARPAnet,该网于1969 年投入使用。从1960 年开 计算机网络基础(第4版) 始,ARPA 就开始向美国国内大学的计算机系和一些私人有限公司提供经费,以促进基于分 组交换技术的计算机网络的研究。1968 年,ARPA 为ARPAnet项目立项,这个项目基于这 样一种主导思想:网络必须能够经受住故障的考验而维持正常工作,一旦发生战争,当网络 的某一部分因遭受攻击而失去工作能力时,网络的其他部分应当能够维持正常工作和通信。 1972 年,ARPAnet在首届计算机后台通信国际会议上首次与公众见面,并验证了分 组交换技术的可行性,由此,ARPAnet成为现代计算机网络诞生的标志。 ARPAnet在技术上的另一个重大贡献是TCP/IP 协议族的开发和应用。1980 年, ARPA 投资把TCP/IP 加进UNIX(即BSD3.的内核中,3版本以后, 2版本) 在BSD3. TCP/IP 协议即成为UNIX 操作系统的标准通信模块。1982 年,t由ARPAnt和 InterneeMILNET 等几个计算机网络合并而成,作为Internet的早期骨干网,ARPAnet试验并奠 定了Internet存在和发展的基础,较好地解决了异种计算机网络互联的一系列理论和技 术问题。 1983 年,ARPAnet分裂为两部分:ARPAnet和纯军事用的MILNET 。同年1月, ARPA 把TCP/IP 协议作为ARPAnet的标准协议。后来,人们把以ARPAnet为主干网 的网际互联网称为Internet。 目前,Internet正朝着IPv6、云计算方向发展。 3.3.2 Internet的未来 从目前的情况来看,t市场具有巨大的发展潜力,未来其应用将涵盖从办公室共 Interne 享信息到市场营销、服务等广泛领域。另外,t带来的电子贸易正改变着现代商业活 Interne 动的传统模式,其提供的方便而广泛的互联必将对未来社会生活的各个方面带来影响 。 (1)随着世界各国信息高速公路计划的实施,Internet主干网的通信速度将大幅度 提高; (2)有线、无线等多种通信方式将更加广泛、有效地融为一体 ; (3)Internet的商业化应用将大量增加,商业应用的范围将不断扩大 ; (4)Internet的覆盖范围、用户入网数以令人难以置信的速度发展 ; (5)Internet的管理与技术将进一步规范化 ; (6)网络技术不断发展,用户对话框更加友好; 传输 ( 。 7)各种令人耳目一新的使用方法不断推出,最新的发展包括实时图像和话音的 3.4 Internet在中国 3.1 Itret在中国的发展 4.nen 在我国,回顾Internet发展的历史,可以粗略地划分为以下两个阶段。 第3章广域网与Internet89 第一阶段:1987—1993 年,我国的一些科研部门开展了和Internet联网的科研课题 和科技合作,通过拨号上网实现了和Internet电子函件转发系统的连接,并在小范围内为 国内的一些重点院校、研究所提供了国际Internet电子函件的服务。 第二阶段:从1994 年开始至今,实现了和Internet基于TCP/IP 的连接,从而开通 了Internet的全功能服务。 我国于1994 年4月正式连入Internet,中国的网络建设进入了大规模发展阶段,为 了规范发展,1996 年2月,国务院令第195 号《中华人民共和国计算机信息联网国家管理 暂行规定》中明确规定,只允许4家互联网络拥有国际出口:中国教育与科研计算机网 (CERNET )、中国科技网(CSTNET )、中国公用计算机互联网(又称为中国邮电网, ChinaNet)、中国金桥信息网(ChinaGBN )。前两个网络主要面向教育和科研机构,属于 非营利性网络,后两个网络是以经营为目的,属于 商业性的Internet。同时由4家单位管理Internet 的国际出口,它们分别是国家教育委员会、中国科 学院、原中华人民共和国邮电部、中国吉通网络通 讯有限公司。在这里,国际出口指的是中国四大因 特网络与国际Internet连接的端口及通信线路。同 时规定,这四大网络在北京通过中国互联网络交换 CNNIC, cncntc进行连图3-11 中国互联网络交换中心 中心(其网址为www.ni.e.n) 接,如图3-11 所示。 4.中国四大互联网络简介 3.2 1. 中国科技网 中国科学院主管的CSTNET 早期有两个国际网络出口,一个是为高能物理所所内 科研服务,不对外经营;另一个是1994 年5月与Internet连接的中国国家计算机与网络 设施(NationalComputingandnetworkingFacilityofChina,NCFC )。NCFC 经历了几 个不同的工程发展阶段,即NCFC 、CASNET 和CSTNET 。 始建于1990 年的中国国家计算机与网络设施(NCFC)是由世界银行贷款的“重点学 科发展项目”中的一个高技术信息基础设施项目,由国家计划委员会、国家科学技术委员 会、中国科学院、国家自然科学基金委员会、国家教育委员会配套投资和支持建设。该项 目由中国科学院主持,联合北京大学、清华大学共同实施。1991 年6月,中国科学院高能 物理所取得了Decnet的授权,直接连入了美国斯坦福大学的斯坦福线性加速器中心; 1994 年4月正式开通与Inent的专线连接;.n tre1994 年5月21 日完成我国最高域名“c” 的注册和主服务器的设置,实现与Internet的TCP/IP 连接,从而可向NCFC 的各成员组 织提供Internet的全功能服务。 CASNET 是中国科学院的全国性网络建设工程,分为两大部分:一部分为分院区域 网络工程;另一部分为广域网工程。随着NCFC 的成功建设,中国科学院系统全国联网