计算机网络浅析 - 图文

计算机网络与邮政系统的对比分析

摘要：

简要分析了邮政系统的层次结构，以信件的邮递过程分析了各层次间的工作流程。简单阐述了计算机网络的发展历程。对比邮政系统分析了计算机网络的层次结构以及数据在网络间的传递方式。简略分析计算机网络的物理构建。 关键字：

邮政系统，计算机网络，层次结构，网络协议，计算机网络发展历史

引言：

人类文明的进步与发展总是伴随着信息传递方式的改进。历史上无论是欧洲文明还是我国历朝历代都可以找到信息传递方式的发展例证：马拉松来自对一名古希腊士兵靠双足的奔跑传递胜利信息的纪念；周幽王烽火戏诸侯中的烽火本应传递的是战势的紧迫；“一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来”中荔枝的速递正是利用了唐王朝的驿站传送体系；飞鸽传书，信鸽作为人类信件的使者至今还有它们的身影；镖局走镖，近似于当今的物流系统……

随着生产力的不断发展，交通工具的速度不断提升，人类的交流范围日益扩大，至19世纪，西欧各国相继建立起了体系结构完备的邮政系统，不光是信件的传递，还有物流业务的发展。伴随着海外殖民地的建立，跨洋跨国的邮政也逐步发展起来。电报、电话的问世极大地加速了信息的传递，计算机网络的问世更是带来了革命性的改变。信件并没有因这三者的出现而被淘汰，也许是因为人类的基因中沉积了信件的浪漫情感。邮政系统紧随时代的脚步不断发展，融合了计算机网络后，效能大幅度提升。邮政系统和计算机网络从表面上看，二者的区别是显而易见的，但若去分析二者是怎样运转的，有着惊人的相似处。

一、邮政系统的分析

（一）、邮政系统的层次结构

信息化的社会环境下，邮政系统也实现了信息化改造，信息网已成为了邮政系统的灵魂。利用计算机网络，邮政部门实现了对信件的高效分发和实时跟踪，同时极大促进了邮政金融业务的发展。以

我国的邮政综合计算机网为例来分析一下邮政系统的层次结构：

（图一）我国邮政综合计算机网

我国邮政综合计算机网，是中国邮政实现信息化的基础。邮政综合网实现了邮政生产信息的采集、传输、存储、处理的综合利用和资源共享，是邮政生产的中枢神经。邮政综合网按地域范围分为三级：第一级是省际网，包括1个全国中心、7个大区中心（北京、沈阳、上海、广州、武汉、成都和西安）和24个省（区、市）中心，共32个节点，覆盖了全国所有的省会级城市。第二级是省（区、市）内网，由省会级城市与各地连接组成。目前省（区、市）内网采用以省会级城市为中心的星形结构，省际网和省（区、市）内网共有236个。第三级是邮区网，以各地市为中心连接所有的电子化支局（所）。目前，邮政电子化支局（所）有15000多个。邮政综合网下面还包括许多应用子系统，如报刊发行系统、集邮系统、速递跟踪查询系统、邮区中心局作业系统、邮运指挥调度系统、国际业务系统、机要业务系统等。

（二）、邮政系统的运转

用 户 （写信人） 用户/邮局约定 邮 局 邮局/运输 部门约定 运输部门 用户间约定 用 户 （收信人） 用户子系统 邮局间约定 邮 局 邮局子系统 运输部门间约定 运输部门 运输子系统 甲地 乙地

（图二）邮政系统分层模型

以信件的邮递过程为例：

1、用户间约定：写信双方必须采用互相都能理解的文字书写，通常信的开头是对方称谓，最后是落款和日期等，是对信件内容和格式的要求。写信双方可以采取特定的约定，使用密写方式，对信件内容加以保护。同时有法律做出规定，第三方无权拆阅他人信件。

2、用户与邮局间约定：信件写好之后，需要转交给收信人。若距离很近，可以直接交付，但很多情况下，双方相距很远，需通过邮局转交。为此，写信者将信件封装到信封内，交由邮局寄发。此时写信人和邮局间产生约定，及邮局所规定的关于信封的书写格式以及写信人必须向邮局付费（通过贴邮票的方式实现）。例如在我国境内寄信，信封上必须填写邮政编码、收件人地址和姓名以及写信人地址和姓名。

3、邮局和运输部门间的约定：邮局受到信件后，先要对其进行分类和分拣，将不同类别、不同目的地的信（含信封和信纸）装到不同的邮政包裹里面，而后交由相关运输部门（如航空公司、铁路部门或公路运输部门等）进行运输处理。此时邮局和运输部门间有相应约定，如运输部门对邮政包裹形式的要求，邮局对包裹到达目的地的时间等。

（图三）信件分拣及包裹封装

4、运输部门间的约定：运输过程可能需要不同运输部门参与，例如航空公司和公路运输的配

合，包裹的转交过程需要一定的约定，同时不同地区的运输部门间也有相应的约定。一旦邮政包裹 经由运输部门运到目的地后，首先由运输部门将包裹送到邮局或是邮局派人到运输部门领取（取决于二者之间的约定），之后邮局派人将信件送给收件人，收件人受到信后打开信封，取出信来并阅读，至此，一次完整的邮政通信就完了。

二、计算机网络系统分析

（一）计算机网络的发展

计算机网络随着计算机技术和通信技术的发展经历了由简单到复杂、由单机到多机的发展过程，大致分为以下几个阶段：

1、 终端-主机通信网络 由于计算机较为昂贵，将一台主机经通信线路与若干终端直接相连成为此时提高利用率的解决方案。但此方案中，主机同时负责数据处理和通信功能，负担较重。为了减轻主机负担，在主机和终端之间增设通信控制处理机（前段处理机）专门负责通信控制的功能。典型的代表有美国20世纪60年代初期建成的航空公司飞机订票系统SAVRE-1。

2、 计算机网络

1967年，美国国防部高级研究计划署建立了世界上第一个分组交换网——ARPANET,即国际互联网的前身。其特点是：以通信子网为中心，多台计算机通过通信子网构成一个有机整体，这样原先单一主机的负载可以分散到全网的各个机器上，单机故障不会导致整个网络系统的全面瘫痪。ARPANET最初只有四个节点:加洲大学圣巴巴分校、加州大学洛衫矶分校、犹它大学、斯福坦研究所，各节点以电话线互连。该网络发展迅速：

（图四）1969年建成15个节点 （图五） 到70年代后期，网络节点超过60个

3、 计算机网络的标准化

20世纪70年代，计算机网络开始向着体系结构标准化的方向迈进，即正式进入网络标准化时

代。起初，各大公司建立了各自的专用网络体系结构标准，不同网络之间较难实现互联。鉴于这种情况，国际标准化组织ISO于1984年颁布了“开放系统互连基本参考模型\，通常被称为OSI参考模型，标志着计算机网络的发展步入了成熟的阶段。其中最大的体现就是国际互联网的飞速发展和TCP/IP参考模型的成熟。

4、 计算机网络的未来

光纤通信技术的发展使计算机网络迅猛发展，网络带宽的不断提高，更加刺激了网络应用的多样化和复杂化，网络应用正迅速朝着宽带化、实时化、智能化、集成化和多媒体化的方向发展。

（二）、计算机网络结构层次分析（对比邮政体系分析）

分层是人们对复杂问题处理的基本方法。分层模型（layering model）是一种常用的开发网络系统的方法。其优点有：简化网络系统设计的复杂性；可以更加方便地适应网络技术和应用需求变化；提供一种更为模块化的设计。通过分析信息在OSI模型中的运转方式可以更好地掌握信息在网络中的传递流程。

计算机网络的层次结构中协议和接口起到了关键性的作用。协议和接口正如邮政系统中的各种约定一般：协议好比邮政系统中相同部门中约定，例如邮局的人根据邮编和地址分拣信件（邮政协议）；接口好比邮政系统中不同部门之间的约定，例如邮局根据价格表选择交通运输服务（交通运输接口）。按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层；不同机器上的同等层之间采用相同的协议；同一机器的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。在OSI模型中，每一层都为它的上一层执行一些服务，服务定义了该层做些什么，不包括如何工作的或者上一层实体如何访问这一层；每一层的接口告诉它上面的进程应该如何访问本层，规定了有哪些参数，以及结果是什么，但接口没有说明本层内部是如何工作的；每一层上用到的对等协议是本层自己内部的事情，它可以使用任何协议，只要能够完成任务就行（即提供所承诺的服务），它可以任意改变协议而不会影响它上面的各层。 主机1 对等实体协议 N+1层 协 议 服务接口 N+1 层 协 议 主机 2 N 层协议 对等实体协议 N 层协议 （图六）协议接口工作模式：第N+1层使用第N层提供的功能；第N层向第N+1层提供服务。

下面以计算机网络中实际应用的TCP/IP参考模型为代表与邮政系统的层次结构进行对比分析：

应用层 传输层 互联网层 网络接口层 TCP协IP协议 应用层 传输层 互联网层 网络接口层 1、网络接口层

TCP/IP参考模型没有明确规定这一层的协议，要求主机必须通过某个协议连接到网络上，只要可以将分组发送到网络上即可，不同的主机、不同的网络可以使用不同的协议。正如邮政系统中的运输部门的工作一般，邮政包裹的转运可以走航空，铁路，汽运等多种运输方式，只要出发地和目的地之间事实上存在可以到达通路即可。客户可以选择服务方式，支付的费用越高，速度越快：邮政系统中有快递和平邮之分；网络有带宽之分。

2、互联网层

互联网层将整个网络体系结构贯穿在一起的关键层，其在功能上类似OSI的网络层，完成任意两台主机之间的报文传输。互联网层定义了正式的分组格式和协议，即IP（Internet Protocol）协议互联网层的任务是将IP分组投递到它们该去的地方，即允许主机将分组发送到任何网络上，并让这些分组独立地到达目的端（不保证分组的正确顺序）。IP协议好比是邮局根据邮编和地址对信件归类后以一定的封装要求装入包裹中，再对包裹进行地址标记，之后由运输部门按照邮政包裹上的地址等信息转运至目的地或中转地。在邮政系统中，如果出现拥塞的现象，很可能造成时间上的拖延，邮件不会出现丢失等情况（特殊情况除外）。而在网络系统中，则由IP协议族解决路由选择和拥塞问题。一般情况下，若出现拥塞情况，会反馈给发送主机，以等待重传等方式解决。

3、传输层

功能上与OSI的传输层基本相同，定义了两个端到端的传输协议，完成任意两台主机上的应用进程之间的数据传输。主要的协议有TCP协议和UDP协议，相应产生TCP报文和UDP报文，类比于：信件用信封封装，涵括了收件人地址，邮编，姓名等信息；快递包裹上贴的单据，涵括了物品种类、质量、易碎度，收件人地址、联系方式，寄件人地址、联系方式等。这些带有目的地址等信息的信件和包裹经邮局进一步分类打包封装成邮政包裹，可以看做是IP封装报文。

4、应用层

包含所有高层协议，如：TELNET（虚拟终端协议）、FTP（文件传输协议）、SMTP（电子邮件协议）、DNS（域名系统）、HTTP（获取WWW的页面）等。应用层中的协议功能好比是信的内容格式的规定，不同用处的文体格式有具体约定，例如家信和公司间的合同在格式、措辞等方面差别甚远。各种应用层的协议都有自己相应的报文格式，对数据封装后交给下一层进行传输。

5、数据在两台机器间传输的过程（图解）

（A) (B)

(C) (D)

(E) (F)

(G) (H)

(J) (K)

(L) (M)

(N)

（三）、物理网络的建立

1、中继线

中继线将网络中的各个节点相互连接。其种类多种多样，典型的有双绞线、同轴线、光纤等。各种线路的传输带宽适应不同用户和网络组建的需要。其中光纤以其：通信容量大、传输距离远;信号串扰小、保密性能好;抗电磁干扰、传输质量佳;光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输; 材料来源丰富,环境保护好; 无辐射,难于窃听; 光缆适应性强,寿命长等特点迅猛发展。

2、路由器

路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行

“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配臵、系统管理等。

3、交换机

交换机功能类似于路由器，最主要的功能就是数据交换，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。其主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。但不具有路由器IP分配、路由寻址、地址映射、访问控制这些功能，只有三层交换机可以有这些功能。

4、服务器

服务器是网络环境中的高性能计算机，它侦听网络上的其他计算机（客户机）提交的服务请求，并提供相应的服务。服务器作为网络的节点，存储、处理网络上80%的数据、信息，因此也被称为网络的灵魂。主要的服务器有DNS服务器、Web服务器、邮件服务器、流媒体服务器等。

5、客户机

简单而言就是散落在网络中的PC电脑，运行相应的程序后即客户端。客户端（Client）或称为用户端，是指与服务器相对应，为客户提供本地服务的程序。除了一些只在本地运行的应用程序之外，一般安装在普通的客户机上，需要与服务端互相配合运行。因特网发展以后，较常用的用户端包括了如万维网使用的网页浏览器，收寄电子邮件时的电子邮件客户端，以及即时通讯的客户端软件等。对于这一类应用程序，需要网络中有相应的服务器和服务程序来提供相应的服务，如数据库服务，电子邮件服务等等，这样在客户机和服务器端，需要建立特定的通信连接，来保证应用程序的正常运行。

各种设备之间互相连接，构成一个完整的网络体系。

参考文献：

[1]蔡开裕，朱培栋，徐明.计算机网络[M].北京：机械工业出版社，2001. [2]张晓明.计算机网络教程[M].北京：清华大学出版社，2010

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