計算機網絡基礎（一）

什麼是計算機網絡

計算機網絡，是指將地理位置不一樣的具備獨立功能的多臺計算機及其外部設備，經過通訊線路鏈接起來，在網絡操做系統，網絡管理軟件及網絡通訊協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。

簡單地說，計算機網絡就是經過電纜、電話線或無線通信將兩臺以上的計算機互連起來的集合。

計算機網絡的發展經歷了面向終端的單級計算機網絡、計算機網絡對計算機網絡和開放式標準化計算機網絡三個階段。

計算機網絡通俗地講就是由多臺計算機（或其它計算機網絡設備）經過傳輸介質和軟件物理（或邏輯）鏈接在一塊兒組成的。總的來講計算機網絡的組成基本上包括：計算機、網絡操做系統、傳輸介質（能夠是有形的，也能夠是無形的，如無線網絡的傳輸介質就是看不見的電磁波）以及相應的應用軟件四部分。

計算機網絡的主要功能

計算機網絡的功能要目的是實現計算機之間的資源共享、網絡通訊和對計算機的集中管理。除此以外還有負荷均衡、分佈處理和提升系統安全與可靠性等功能。

一、資源共享

（1）硬件資源:包括各類類型的計算機、大容量存儲設備、計算機外部設備，如彩色打印機、靜電繪圖儀等。

（2）軟件資源:包括各類應用軟件、工具軟件、系統開發所用的支撐軟件、語言處理程序、數據庫管理系統等。

（3）數據資源：包括數據庫文件、數據庫、辦公文檔資料、企業生產報表等。

（4）信道資源：通訊信道能夠理解爲電信號的傳輸介質。通訊信道的共享是計算機網絡中最重要的共享資源之一。

二、網絡通訊

通訊通道能夠傳輸各類類型的信息,包括數據信息和圖形、圖像、聲音、視頻流等各類多媒體信息。

三、分佈處理

把要處理的任務分散到各個計算機上運行，而不是集中在一臺大型計算機上。這樣，不只能夠下降軟件設計的複雜性，並且還能夠大大提升工做效率和下降成本。

四、集中管理

計算機在沒有聯網的條件下，每臺計算機都是一個「信息孤島」。在管理這些計算機時，必須分別管理。而計算機聯網後，能夠在某個中心位置實現對整個網絡的管理。如數據庫情報檢索系統、交通運輸部門的定票系統、軍事指揮系統等。

五、均衡負荷

當網絡中某臺計算機的任務負荷過重時，經過網絡和應用程序的控制和管理，將做業分散到網絡中的其它計算機中，由多臺計算機共同完成。

計算機網絡的特色

一、可靠性

在一個網絡系統中，當一臺計算機出現故障時，可當即由系統中的另外一臺計算機來代替其完成所承擔的任務。一樣，當網絡的一條鏈路出了故障時可選擇其它的通訊鏈路進行鏈接。

二、高效性

計算機網絡系統擺脫了中心計算機控制結構數據傳輸的侷限性，而且信息傳遞迅速，系統實時性強。網絡系統中各相連的計算機可以相互傳送數據信息，使相距很遠的用戶之間可以即時、快速、高效、直接地交換數據。

三、獨立性

網絡系統中各相連的計算機是相對獨立的，它們之間的關係是既互相聯繫，又相互獨立。

四、擴充性

在計算機網絡系統中,人們可以很方便、靈活地接入新的計算機，從而達到擴充網絡系統功能的目的。

五、廉價性

計算機網絡使微機用戶也可以分享到大型機的功能特性,充分體現了網絡系統的「羣體」優點，能節省投資和下降成本。

六、分佈性

計算機網絡能將分佈在不一樣地理位置的計算機進行互連，可將大型、複雜的綜合性問題實行分佈式處理。

七、易操做性

對計算機網絡用戶而言,掌握網絡使用技術比掌握大型機使用技術簡單，實用性也很強。

 

計算機網絡的結構組成

一個完整的計算機網絡系統是由網絡硬件和網絡軟件所組成的。網絡硬件是計算機網絡系統的物理實現,網絡軟件是網絡系統中的技術支持。二者相互做用,共同完成網絡功能。

網絡硬件：通常指網絡的計算機、傳輸介質和網絡鏈接設備等。

網絡軟件：通常指網絡操做系統、網絡通訊協議等

網絡硬件的組成

一、主計算機

在通常的局域網中，主機一般被稱爲服務器，是爲客戶提供各類服務的計算機，所以對其有必定的技術指標要求，特別是主、輔存儲容量及其處理速度要求較高。根據服務器在網絡中所提供的服務不一樣,可將其劃分爲文件服務器、打印服務器、通訊服務器、域名服務器、數據庫服務器等。

二、網絡工做站

除服務器外，網絡上的其他計算機主要是經過執行應用程序來完成工做任務的，咱們把這種計算機稱爲網絡工做站或網絡客戶機，它是網絡數據主要的發生場所和使用場所，用戶主要是經過使用工做站來利用網絡資源並完成本身做業的。

三、網絡終端

是用戶訪問網絡的界面，它能夠經過主機聯入網內，也能夠經過通訊控制處理機聯入網內。

四、通訊處理機

一方面做爲資源子網的主機、終端鏈接的接口，將主機和終端連入網內；另外一方面它又做爲通訊子網中分組存儲轉發結點，完成分組的接收、校驗、存儲和轉發等功能。

五、通訊線路

通訊線路（鏈路）是爲通訊處理機與通訊處理機、通訊處理機與主機之間提供通訊信道。

六、信息變換設備

對信號進行變換，包括：調制解調器、無線通訊接收和發送器、用於光纖通訊的編碼解碼器等。

網絡軟件的組成

在計算機網絡系統中，除了各類網絡硬件設備外，還必須具備網絡軟件

一、網絡操做系統

網絡操做系統是網絡軟件中最主要的軟件,用於實現不一樣主機之間的用戶通訊，以及全網硬件和軟件資源的共享，並向用戶提供統一的、方便的網絡接口,便於用戶使用網絡。目前網絡操做系統有三大陣營：UNIX、NetWare和Windows。目前， 我國最普遍使用的是Windows網絡操做系統。

二、網絡協議軟件

網絡協議是網絡通訊的數據傳輸規範，網絡協議軟件是用於實現網絡協議功能的軟件。

目前, 典型的網絡協議軟件有TCP/IP協議、IPX/SPX協議、IEEE802標準協議系列等。其中, TCP/IP是當前異種網絡互連應用最爲普遍的網絡協議軟件。

三、網絡管理軟件

網絡管理軟件是用來對網絡資源進行管理以及對網絡進行維護的軟件，如性能管理、配置管理、故障管理、記費管理、安全管理、網絡運行狀態監視與統計等。

四、網絡通訊軟件

是用於實現網絡中各類設備之間進行通訊的軟件，使用戶可以在沒必要詳細瞭解通訊控制規程的狀況下，控制應用程序與多個站進行通訊,並對大量的通訊數據進行加工和管理。

 五、網絡應用軟件

網絡應用軟件是爲網絡用戶提供服務，最重要的特徵是它研究的重點不是網絡中各個獨立的計算機自己的功能，而是如何實現網絡特有的功能。

計算機網絡的拓撲結構

當咱們組建計算機我網絡時，要考慮網絡的佈線方式，這也就涉及到了網絡拓撲結構的內容。網絡拓撲結構指網路中計算機線纜，以及其餘組件的物理佈局。

局域網經常使用的拓樸結構有：總線型結構、環型結構、星型結構、樹型結構。拓撲結構影響着整個網絡的設計、功能、可靠性和通訊費用等許多方面，是決定局域網性能優劣的重要因素之一。

一、總線型拓撲結構

總線型拓撲結構是指：網絡上的全部計算機都經過一條電纜相互鏈接起來

總線上的通訊：在總線上，任何一臺計算機在發送信息時，其餘計算機必須等待。並且計算機發送的信息會沿着總線向兩端擴散，從而使網絡中全部計算機都會收到這個信息，可是否接收，還取決於信息的目標地址是否與網絡主機地址相一致，若一致，則接受；若不一致，則不接收。

信號反射和終結器：在總線型網絡中，信號會沿着網線發送到整個網絡。當信號到達線纜的端點時，將產生反射信號，這種發射信號會與後續信號發送衝突，從而使通訊中斷。爲了防止通訊中斷，必須在線纜的兩端安裝終結器，以吸取端點信號，防止信號反彈。

特色：其中不須要插入任何其餘的鏈接設備。網絡中任何一臺計算機發送的信號都沿一條共同的總線傳播，並且能被其餘全部計算機接收。有時又稱這種網絡結構爲點對點拓樸結構。

優勢：鏈接簡單、易於安裝、成本費用低

缺點：① 傳送數據的速度緩慢：共享一條電纜，只能有其中一臺計算機發送信息，其餘接收。

②維護困難：由於網絡一旦出現斷點，整個網絡將癱瘓，並且故障點很難查找。

二、星型拓撲結構：

每一個節點都由一個單獨的通訊線路鏈接到中心節點上。中心節點控制全網的通訊，任何兩臺計算機之間的通訊都要經過中心節點來轉接。因些中心節點是網絡的瓶頸，這種拓樸結構又稱爲集中控制式網絡結構，這種拓撲結構是目前使用最廣泛的拓撲結構，處於中心的網絡設備跨越式集線器（Hub）也能夠是交換機。

優勢：結構簡單、便於維護和管理，由於當中某臺計算機或頭條線纜出現問題時，不會影響其餘計算機的正常通訊，維護比較容易。

缺點：通訊線路專用，電纜成本高；中心結點是全網絡的可靠瓶頸，中心結點出現故障會致使網絡的癱瘓。

三、環型拓撲結構：

環型拓撲結構是以一個共享的環型信道鏈接全部設備，稱爲令牌環。在環型拓撲中，信號會沿着環型信道按一個方向傳播，並經過每臺計算機。並且，每臺計算機會對信號進行放大後，傳給下一臺計算機。同時，在網絡中有一種特殊的信號稱爲令牌。令牌按順時針方向傳輸。當某臺計算機要發送信息時，必須先捕獲令牌，再發送信息。發送信息後在釋放令牌。

環型結構有兩種類型，即單環結構和雙環結構。令牌環（Token Ring）是單環結構的典型表明，光纖分佈式數據接口（FDDI）是雙環結構的典型表明。

環型結構的顯著特色是每一個節點用戶都與兩個相鄰節點用戶相連。

優勢：電纜長度短：環型拓撲網絡所需的電纜長度和總線拓撲網絡類似，但比星型拓撲結構要短得多。

增長或減小工做站時，僅需簡單地鏈接。可以使用光纖；它的傳輸速度很高，十分適用一環型拓撲的單向傳輸。傳輸信息的時間是固定的，從而便於實時控制。

缺點：節點過多時,影響傳輸效率。環某處斷開會致使整個系統的失效，節點的加入和撤出過程複雜。

檢測故障困難：由於不是集中控制，故障檢測需在網個各個節點進行，故障的檢測就不很容易。

四、樹型拓撲結構

 

樹型結構是星型結構的擴展，它由根結點和分支結點所構成，如圖所示。

優勢：結構比較簡單，成本低。擴充節點方便靈活。

缺點：對根結點的依賴性大，一旦根結點出現故障，將致使全網不能工做；電纜成本高。

計算機網絡的分類

因爲計算機網絡自身的特色，其分類方法有多種。根據不一樣的分類原則，能夠獲得不一樣類型的計算機網絡。

按覆蓋範圍分類

按網絡所覆蓋的地理範圍的不一樣，計算機網絡可分爲局域網（LAN）、城域網（MAN）、廣域網（WAN）。

一、局域網（LocalArea Network，LAN）

局域網是將較小地理區域內的計算機或數據終端設備鏈接在一塊兒的通訊網絡。局域網覆蓋的地理範圍比較小，通常在幾十米到幾公里之間。它經常使用於組建一個辦公室、一棟樓、一個樓羣、一個校園或一個企業的計算機網絡。局域網主要用於實現短距離的資源共享。如圖所示的是一個由幾臺計算機和打印機組成的典型局域網。局域網的特色是分佈距離近、傳輸速率高、數據傳輸可靠等。

二、 城域網（WideArea Network，WAN）

 

城域網是一種大型的LAN，它的覆蓋範圍介於局域網和廣域網之間，通常爲幾公里至幾萬米，城域網的覆蓋範圍在一個城市內，它將位於一個城市以內不一樣地點的多個計算機局域網鏈接起來實現資源共享。城域網所使用的通訊設備和網絡設備的功能要求比局域網高，以便有效地覆蓋整個城市的地理範圍。通常在一個大型城市中，城域網能夠將多個學校、企事業單位、公司和醫院的局域網鏈接起來共享資源。如圖所示的是不一樣建築物內的局域網組成的城域網。

三、 廣域網（Wide Area Network，WAN）

 

廣域網是在一個廣闊的地理區域內進行數據、語音、圖像信息傳輸的計算機網絡。因爲遠距離數據傳輸的帶寬有限，所以廣域網的數據傳輸速率比局域網要慢得多。廣域網能夠覆蓋一個城市、一個國家甚至於全球。

因特網（Internet）是廣域網的一種，但它不是一種具體獨立性的網絡，它將同類或不一樣類的物理網絡（局域網、廣域網與城域網）互聯，並經過高層協議實現

不一樣類網絡間的通訊。如圖所示的是一個簡單的廣域網。

按照網絡中計算機所處的地位的不一樣，能夠將計算機網絡分爲對等網和基於客服機、服務器模式的網絡。

①．對等網：在對等網中，全部的計算機的地位是平等的，沒有專用的服務器。每臺計算機即做爲服務器，又做爲客戶機；即爲別人提供服務，也從別人那裏得到服務。因爲對等網沒有專用的服務器，因此在管理對等網時，只能分別管理，不能統一管理，管理起來很不方便。對等網通常應用於計算機較少、安全不高的小型局域網。

②．基於客戶機/服務器模式的網絡：在這種網絡中，兩種角色的計算機，一種是服務器，一種是客服機。

服務器：服務器一方面負責保存網絡的配置信息，另外一方面也負責爲客戶機提供各類各樣的服務。由於整個網絡的關鍵配置都保存在服務器中，因此管理員在管理網絡時只須要修改服務器的配置，就能夠實現對整個網絡的管理了。同時，客戶機須要得到某種服務時，會向服務器發送請求，服務器接到請求後，會向客戶機提供相應服務。服務器的種類不少，有郵件服務器、Web服務器、目錄服務器等，不一樣的服務器能夠爲客戶提供不一樣的服務。咱們在構建網絡時，通常選擇配置較好的計算機，在其上安裝相關服務，它就成了服務器。

客戶機：主要用於向服務器發送請求，得到相關服務。如客戶機向打印服務器請求打印服務，向Web服務器請求Web頁面等。

按傳播方式分類

若是按照傳播方式不一樣，可將計算機網絡分爲「廣播網絡」和「點-點網絡」兩大類。

一、廣播式網絡

廣播式網絡是指網絡中的計算機或者設備使用一個共享的通訊介質進行數據傳播，網絡中的全部結點都能收到任一結點發出的數據信息。廣播式網絡的基本鏈接如圖所示。

目前，在廣播式網絡中的傳輸方式有3種：

單播：採用一對一的發送形式將數據發送給網絡全部目的節點。

組播：採用一對一組的發送形式,將數據發送給網絡中的某一組主機。

廣播：採用一對全部的發送形式，將數據發送給網絡中全部目的節點。

二、點-點網絡（Point-to-point Network）

-點式網絡是兩個結點之間的通訊方式是點對點的。若是兩臺計算機之間沒有直接鏈接的線路，那麼它們之間的分組傳輸就要經過中間結點的接收、存儲、轉發，直至目的結點。

點-點傳播方式主要應用於WAN中，一般採用的拓撲結構有：星型、環型、樹型、網狀型。

按傳輸介質分類

一、有線網（WiredNetwork）

    ⑴雙絞線：其特色是比較經濟、安裝方便、傳輸率和抗干擾能力通常，普遍應用於局域網中。

    ⑵同軸電纜：俗稱細纜，如今逐漸淘汰。

    ⑶光纖電纜：特色是光纖傳輸距離長、傳輸效率高、抗干擾性強，是高安全性網絡的理想選擇。

二、 無線網（Wireless Network）

    ⑴無線電話網：是一種頗有發展前途的連網方式。

    ⑵語音廣播網：價格低廉、使用方便，但安全性差。

    ⑶無線電視網：普及率高，但沒法在一個頻道上和用戶進行實時交互。

    ⑷微波通訊網：通訊保密性和安全性較好。

    ⑸衛星通訊網：能進行遠距離通訊，但價格昂貴。

按傳輸技術分類

計算機網絡數據依靠各類通訊技術進行傳輸，根據網絡傳輸技術分類，計算機網絡可分爲如下5種類型：

普通電信網：普通電話線網，綜合數字電話網，綜合業務數字網。

數字數據網：利用數字信道提供的永久或半永久性電路以傳輸數據信號爲主的數字傳輸網絡。

虛擬專用網：指客戶基於DDN智能化的特色，利用DDN的部分網絡資源所造成的一種虛擬網絡。 

微波擴頻通訊網：是電視傳播和企事業單位組建企業內部網和接入Internet的一種方法，在移動通訊中十分重要。

衛星通訊網：是近年發展起來的空中通訊網絡。與地面通訊網絡相比，衛星通訊網具備許多獨特的優勢。

事實上，網絡類型的劃分在實際組網中並不重要，重要的是組建的網絡系統從功能、速度、操做系統、應用軟件等方面可否知足實際工做的須要；是否能在較長時間內保持相對的先進性；可否爲該部門（系統）帶來全新的管理理念、管理方法、社會效益和經濟效益等。