互联网基本知识—互联网构成及相关设备

由于计算机技术的飞速发展带动了网络的发展，在上个世纪80年代由于计算机数量不断增长，人们对知识、信息、计算等出现了互享的需求。此时大家都意识到只有一台孤立的计算机构成的孤岛没有太大意义，于是孤立的计算机组在一起形成网络。最初的形态是一个单位内的计算机可以组成客户机与服务器的形态。基本的互联方式有星形连接方式，总线连接方式及令牌连接方式。

局域网（LAN）：

以太网(Ethernet)是由Xerox公司创建并由Xerox,Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范。以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问/冲突检测)技术，并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。后来以太网被收录到IEEE的规范，最终成成为IEEE802·3系列标准的一部分。最早以太网是一套局域网协议，主要对局域网的电气接口，媒介，局域网内寻址，多路访问及冲突等内容进行了规范。以太网早期的连接方式有星形和总线型两种连接方式。

（1）星形连接方式，如图1，

图1 客户机/服务器

在基本的互联系统中，各个计算机通过hub（集线器）互联。这种互联方式称为星形连接方式。优点是各个计算机之间没有明显的连线，计算机之间是通过集线器或交换机进行互联。通过协议控制可以减少收发冲突。早期10M网多采用网线+hub的星形结构，随着交换机技术的发展，早期的hub已经被交换机（switch）替代，但星形连接方式依然保留。

（2）总线型互联

图2 总线型互联

总线型互联的特点是所有的计算机共享一套总线，物理连接简单，成本低。但缺点也很明显，在计算机进行收发信息时调度比较困难，为了解决总线发送数据冲突，每个时刻只有一台计算机可以发送信息，而且要有协议保证一旦冲突产生如何解决冲突，保证后续通信继续进行。早期的10M互联连接中也是比较流行的方式，特别是hub之间的互联。目前总线式结构在具有调制/解调Modem的控制下依然比较流行，但计算机是通过Modem(如ADSL等）将数据经过调制后连接到总线上的，而不是直接与总线连接。总线一般采用阻抗75欧姆或50欧姆同轴电缆实现。

同期还有IBM发明令牌（Token）互联的方式即把所有的计算机通过令牌（token）方式把所有的计算机串联在一起形成环网。逻辑连接如图3

图3 令牌环网逻辑连接

物理连接如图4所示。通信传输介质可以是无屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等。结点间采用多站访问部件（Multi-station Access Unit，MAU）连接在一起。MAU是一种专业化集线器，它是用来将围绕工作站的计算机进行环路传输。由于数据包看起来像在环中传输，因此称为环网。

图4 令牌环网物理连接

令牌环网（Token-ring network)的特点，每台计算机只有得到令牌才能发送，因此消除了多机发送冲突问题，提高了发送效率，但由于每一个时间段只有一台主机能够发送数据，因此比起目前的带有网络交换的以太网效率明显有不足之处，因此慢慢退出了历史舞台。但是环形通信拓扑在嵌入式局域通信中依然有较大的市场，特别是在中长距离的环形通信中节省了通信线路媒介的成本，同时能提供系统备份的作用，如图4所示，假设客户机4对应的MAU出现问题，从环形拓扑的结构上看，客户机1到客户机6依然可以通信，当然这需要特殊的机制来保证。

令牌环网最终被IEEE认可，最终成为IEEE802.5标准。本文对令牌环网的通信机制和协议不做详细介绍，后续会有专门的文章介绍令牌环网。

局域网的发展到一定阶段后，发现仅仅连接一部分计算机组成的网络，还是没有办法实现更广泛的知识共享，实际上由单一的孤岛变成一个小孤岛，小孤岛解决了部分企业内部问题，但离广泛的知识共享还差的很远。因此到90年代开始将各个局域网连在了一起形成互联网（internet），从字面看看就是网络之间的网络。互联网通过一组相同的协议将原来运行不同协议的局域网或主机连在一起，同时该阶段互联网协议也得到广泛的应用，这就是著名的TCP/IP协议。互联网是包容性很强的互联机制，通过路由器可以允许不同协议族的局域网互联在一起。图5显示在底层分别采用了以太网和令牌环网两个局域网，在互联网上依然可以很好的交换数据。这主要归功于IP路由器起到了关键性作用。

图5

互联网的飞速发展很快突破了最早的发展预期，虽然早期的规划中可能有局域网（LAN）、城域网（MAN）、广域网（WAN）等多个阶段，但后来发展仅仅在物理布线上体现了这样的过程，实际互联网的发展中在逻辑上完全打破这个概念，互联网访问和寻址不仅可以按区域划分，更多的是按照功能划分，如后缀为.cn表示地域为中国，.ca为加拿大，.us为美国等，但更多会使用.net（网络服务）,.com（商业）,.edu（教育）以功能划分的网络寻址方式提供各种服务。互联网拓扑示意图如图6所示。

图6 互联网拓扑示意图

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