计算机网络(二)

下载 第2章 推动力和工具 2.1 概述 在讨论底层的网络技术之前，很有意义的一点是先考虑联网和网络互联的推动因素以及这 些系统所提供的服务。本章不仅回顾了早期推动网络发展的一些因素，而且讨论了因特网的规 模及其快速增长，并介绍了一些用于探索网络的基本工具。 2.2 资源共享 计算机可以利用网络访问外设。例如，一个网络上的计算机都能访问联入该网络的一台打 印机。同样，一个网络上的计算机也能共享联入该网络的磁盘上的文件。但数据联网的最初动 机并不是为了共享外设，也不是为了提供人们可以直接使用的通信手段。相反地，人们设计最 初网络的目的是共享大规模的计算能力。 理解这个问题的关键是认识到早期的数字计算机都非常昂贵并且十分珍稀。随着计算机技 术的进步，出现了具有更大计算能力和存储空间的计算机。美国政府认识到科学技术进步的关 键在于计算机，并资助了大多数的计算机科学和工程的研究。因为计算机被用于实验数据的分 析，程序经常要运行几个小时甚至几天。政府用于研究的预算并不足以为所有的科学家和工程 师提供计算机。 美国国防部高级研究计划署（Advanced Research Projects Agency，A R PA）对缺乏高性能 计算机特别关注。A R PA的许多研究项目都需要使用最新的计算机设备，每个研究小组都希望 得到每种新机型。到 6 0年代末，A R PA的预算已经明显不能满足需求。作为一种替代， A R PA开始研究数据联网。在每个研究场所并没有放置多台计算机，而只是设置一台计算机， 它和数据网络相连接，并设计了相应的软件，使研究者能利用网络上最合适的计算机完成给定 的任务。 当A R PA开始联网项目之初即面临着许多挑战。没有人知道怎样去建立一个庞大、高效的 数据网络或者如何开发应用程序以使用这样的网络。事实上，很多人认为这根本就不可能，而 另有些人则说即使这是可能的，也只是浪费政府的研究经费。甚至一些计算机科学家也对此抱 怀疑态度。 但A R PA的联网项目最后被是革命性的。 A R PA当时决定采用一种相对较新的联网方 式，而这种方式成为后来所有数据网络的基础（这种方式被称为包交换，第 6章将引入这个概 念，其后续章节还将详细介绍）。A R PA聚集了众多的精英，并使他们致力于网络研究，而由承 包商将设计变成一个称为 A R PA N E T的运行系统。最后， A R PA继续资助关于其他技术、网络 应用以及互联网络技术的研究。 到7 0年代，互联网络技术成为 A R PA研究的中心，这时早期的因特网已经出现。研究工作 持续到8 0年代，而因特网在9 0年代获得了商业成功。 2.3 因特网的增长 因特网已经从早期的研究原型成长为覆盖世界上所有国家的全球通信系统。但是，高速的 增长比单纯的规模更令人感到惊讶。图 2 - 1描述了因特网的成长轨迹。图中包括了从 1 9 8 1到 1 9 9 8年间连接到因特网的计算机数目的变化。 图2 - 1采用线性比例绘制，Y轴的数字范围为零到三千万。线性绘制方法因为掩盖了一些细 节信息而不能反映真实的情况。例如，图 2 - 1掩盖了关于因特网早期成长的信息，造成一种假 象，因特网在1 9 9 0年前几乎没有任何发展，所有的增长都发生在最近几年，特别是 1 9 9 8年最为 显著。事实上，在1 9 9 8年，计算机连接到因特网的平均速度已经超过每分钟一台。 尽管图中没有表明，但因特网的增长并不始于最近几年。从图 2 - 2中可以看出其早期增长 的速度。 图2 - 2采用的是对数比例尺，Y轴上的距离和所表示的计算机数目的对数成正比。即 Y轴上 所标的数字都是1 0的幂，第一个刻度是1 0，而第二个是1 0 0，依此类推。 图2 - 2中所绘的点接近于一条直线，这表明因特网在过去的几年中经历了指数增长，也就 是说，因特网的规模每过9个月到1 2个月就增长一倍。 图2-1 1981到1 9 9 8年间，以每年因特网上新增的计算机数目表示的因特网的增长速度 4计计计算机网络与因特网 下载 图2-2 以对数比例尺绘制的1 9 8 1到1 9 9 8年间因特网的增长曲线表明其指数增长速度 2.4 探索因特网 图2 - 1和2 - 2中的数据是如何得到的呢？早期的因特网只有十几个站点，其大小可以手工确 定，但现在却需要借助自动化工具的帮助（即给远程主机发送消息并分析其响应的计算机程序）。 用户也能获得一些用于探索因特网的最基本的工具。 p i n g程序是这些工具中最简单的一种（第 2 1章解释了本章中所涉及到的 p i n g程序以及其他 一些工具的具体信息和所用的）。当用户执行p i n g程序时，必须给出一个参数，用以表明 远程主机的名字或数字地址。例如，用户可以用 w w w. n e t b o o k . c s . p u r d u e . e d u作为参数执行p i n g： ping www.netbook.cs.purdue.edu p i n g程序给所指定的计算机发送一个消息，并等待较短的时间以便得到响应消息。如果接 收到响应消息，p i n g向用户报告此计算机工作正常，否则报告此计算机没有响应。例如，上面 的命令可能会有下面的输出： www.netbook.cs.purdue.edu is alive 第2章 推动力和工具计计5 下载 某些版本的p i n g程序提供其他的命令选项，允许用户指定发送的数据包的大小，计算出往 返的时间（即发送消息和接收到响应之间的时间间隔），或连续地每秒发送一个消息，直到程 序被终止。图2 - 3给出了一个p i n g输出的例子，其中使用了计时和连续发送选项。这个例子在 作者的工作站上运行，目标主机为 w w w. s e a r s . c o m。 图2-3 在作者的工作站上运行的p i n g程序的示例输出。目标主机名字为w w w. s e a r s . c o m， 接收到5个响应消息后程序被手工终止 2.5 对p i n g响应的解释 在图2 - 3中，ping 每秒发送一个请求消息，并对接收到的每个响应消息产生一行对应的输 出。输出信息包含接收到的数据包的大小，次序号以及以毫秒为单位的往返时间。当用户中断 程序的运行时，p i n g给出总的统计信息，包括发送和接收到的数据包的数目，丢失的数据包所 占的百分比，以及最短、平均和最长的往返时间。 图中给出的输出信息中还有一个有趣的问题。尽管作者指定的目标主机名为w w w. s e a r s . c o m， 但p i n g列出的计算机名却为s e a r s w e b . a d v a n t i s . c o m。第2 6章中详细讨论了计算机的命名问题。现 在只需知道w w w. s e a r s . c o m是计算机s e a r s w e b . a d v a n t i s . c o m的一个别名就可以了。 图2 - 3中的输出有些特殊，因为往返时间相当长。作为比较，图 2 - 4给出了从作者的工作站 到位于西海岸（加州大学伯克利分校）的一台主机的往返时间，而图 2 - 5给出了到位于东海岸 （位于M I T，马萨诸塞州）的一台主机的往返时间。 图2-4 ping程序的示例输出。目标主机名字为w w w. b e r k e l e y. e d u，位于西海岸。 往返时间要比图2 - 3给出的小得多 图2-5 ping程序的示例输出。目标主机名字为w w w. m i t . e d u，位于东海岸 6计计计算机网络与因特网 下载 P i n g程序初看起来太简单，以至很难想象出有什么用途。即使利用其功能选项所得到的往 返时间对一般用户也没有多大意义。例如， p i n g并不能解释为什么到达 w w w. s e a r s . c o m所需的 时间比到达其他远程站点所需的平均时间要长。更重要的一点是 p i n g只有在目标主机成功响应 时才输出信息，这样在网络发生故障时， p i n g并不是一种有效的诊断和排错工具。如果没有接 收到任何响应消息，p i n g并不能帮助确定其中的原因，可能因为远程主机已被关机，或断开了 和网络的连接，或网络接口已经失效，或运行的软件并不响应 p i n g的请求，还可能是本地主机 断开了和网络的连接，或远程主机所在的网络发生了故障，或中间的主机或网络发生了故障。 最后，因为网络交通太拥挤，传输延时太长也可能导致 p i n g执行失败。P i n g并没有办法区分问 题产生的确切原因。 令人感到奇怪的是尽管p i n g有很多限制，却仍然被广泛地用于网络诊断。事实上，网络管 理员经常是一发现故障就运行 p i n g。他们利用p i n g确定网络的哪一部分工作正常，哪一部分发 生了故障。p i n g输出的结果有助于快速地定位故障点。 2.6 跟踪路由 网络管理员利用另一个工具， t r a c e r o u t e，来确定到达目标主机所经过的中间计算机。和 p i n g相似，t r a c e r o u t e也需要一个参数用于指定远程主机的名字或地址。例如，下面的命令跟踪 从用户计算机到w w w. n e t b o o k . c s . p u r d u e . e d u所经过的路径： traceroute www.netbook.cs.purdue.edu t r a c e r o u t e确定到达目标主机所经过的所有中间计算机（在第 1 5章中我们将会看到这些中间 计算机被称为路由器），并为每台中间计算机打印一行信息。例如，图 2 - 6给出了目标主机为 M I T时t r a c e r o u t e的输出： 图2-6 在作者的工作站上以w w w. m i t . e d u为目标主机运行t r a c e r o u t e时的输出 Tr a c e r o u t e输出的信息比p i n g更为丰富。例如，图中的 1 2行输出给出了从作者的工作站到 位于M I T的一台主机所经过的路径。其中 11行分别对应所经过的每一台中间计算机，而最后一 行对应目标主机本身。从网络术语上来说，目标主机和源主机相距 1 2个路程段（h o p）。作者还 利用t r a c e r o u t e得到位于伯克利大学的计算机 w w w相距1 4个路程段。有趣的是作者只能获得到 达w w w. s e a r s . c o m所经路径的前9个路程段，因为后面的网络阻止 t r a c e r o u t e返回所需的结果（一 些网络管理员停止了 t r a c e r o u t e和ping 所需的协议支持，以防止别人得到关于网络的某些具体 信息）。 2.7 小结 高级研究计划署（A R PA）为了利用网络在其成员之间共享计算资源，资助了早期大部分 第2章 推动力和工具计计7 下载 的联网研究。随后，A R PA将其重心转移到了网络互联技术上并建立了因特网。而因特网已经 经历了多年的指数增长。 用户也能得到一些用于探索因特网的工具。 p i n g向远程计算机发送消息并报告它是否返回 响应消息。Traceroute 确定到远程主机所经过的各中间计算机。 为了在环球网（World Wide We b）上找到软件p i n g，可以在以下站点查找关键词p i n g： h t t p : / / w w w. s h a r e w a r e . c o m / 而要通过We b找到t r a c e r o u t e，可以访问： h t t p : / / w w w. n e t . c m u . e d u / b i n / t r a c e r o u t e 练习 2.1 利用程序p i n g测试你能否访问本地网络上的计算机。 2.2 如果你所使用的p i n g的版本能给出得到响应所需的时间，通过实验确定在一天中网络 时延是否会发生变化。 2.3 利用p i n g测量到达因特网上目标主机的往返时间（如 We b站点）。你所得到的最长往 返时间有多长？ 2.4 测试p i n g的数据包大小选项，包的大小怎样影响往返时间？ 2.5 比较用p i n g分别访问一台关着的计算机和一个不存在的地址（如 1 0 . 0 . 0 . 5 0）所输出的 结果，它们之间有什么区别？ 2.6 利用t r a c e r o u t e确定你的计算机距离另一台远程主机（如一个著名的 We b站点）的路程 段的数目，你所得到的最大路程段数目是多少？ 2.7 比较分别以一组目标主机为参数时， p i n g给出的往返时间和t r a c e r o u t e给出的路程段的 数目，较长的往返时延和较大的路程段数目之间是否有相关性？ 2.8 因特网技术记载在一系列被称为Request For Comments（R F C）的文档中。RFC 2151 描述了因特网上的工具，它可以在本书附带的 C D - R O M中找到。此R F C文档中还包括 了哪些本章中没有提到的工具？ 8计计计算机网络与因特网 下载 第2 章推动力和工具 2.1 概述 2.2 资源共享 2.3 因特网的增长 2.4 探索因特网 2.5 对p i n g 响应的解释 2.6 跟踪路由 2.7 小结