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计算机网络基础知识学习资料

什么是计算机网络

计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

简单地说，计算机网络就是通过电缆、电话线或无线通讯将两台以上的计算机互连起来的集合。

计算机网络的发展经历了面向终端的单级计算机网络、计算机网络对计算机网络和开放式标准化计算机网络三个阶段。

计算机网络通俗地讲就是由多台计算机(或其它计算机网络设备)通过传输介质和软件物理(或逻辑)连接在一起组成的。总的来说计算机网络的组成基本上包括：计算机、网络操作系统、传输介质(可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是看不见的电磁波)以及相应的应用软件四部分。

计算机网络的主要功能

计算机网络的功能要目的是实现计算机之间的资源共享、网络通信和对计算机的集中管理。除此之外还有负荷均衡、分布处理和提高系统安全与可靠性等功能。

1、资源共享

(1)硬件资源:包括各种类型的计算机、大容量存储设备、计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等。

(2)软件资源:包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。

(3)数据资源：包括数据库文件、数据库、办公文档资料、企业生产报表等。

(4)信道资源：通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。

2、网络通信

通信通道可以传输各种类型的信息,包括数据信息和图形、图像、声音、视频流等各种多媒体信息。

3、分布处理

把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可以大大提高工作效率和降低成本。

4、集中管理

计算机在没有联网的条件下，每台计算机都是一个“信息孤岛”。在管理这些计算机时，必须分别管理。而计算机联网后，可以在某个中心位置实现对整个网络的管理。如数据库情报检索系统、交通运输部门的定票系统、军事指挥系统等。

5、均衡负荷

当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其它计算机中，由多台计算机共同完成。

计算机网络的特点

1、可靠性

在一个网络系统中，当一台计算机出现故障时，可立即由系统中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务。同样，当网络的一条链路出了故障时可选择其它的通信链路进行连接。

2、高效性

计算机网络系统摆脱了中心计算机控制结构数据传输的局限性，并且信息传递迅速，系统实时性强。网络系统中各相连的计算机能够相互传送数据信息，使相距很远的用户之间能够即时、快速、高效、直接地交换数据。

3、独立性

网络系统中各相连的计算机是相对独立的，它们之间的关系是既互相联系，又相互独立。

4、扩充性

在计算机网络系统中,人们能够很方便、灵活地接入新的计算机，从而达到扩充网络系统功能的目的。

5、廉价性

计算机网络使微机用户也能够分享到大型机的功能特性,充分体现了网络系统的“群体”优势，能节省投资和降低成本。

6、分布性

计算机网络能将分布在不同地理位置的计算机进行互连，可将大型、复杂的综合性问题实行分布式处理。

7、易操作性

对计算机网络用户而言,掌握网络使用技术比掌握大型机使用技术简单，实用性也很强。

计算机网络的结构组成

一个完整的计算机网络系统是由网络硬件和网络软件所组成的。网络硬件是计算机网络系统的物理实现,网络软件是网络系统中的技术支持。两者相互作用,共同完成网络功能。

网络硬件：一般指网络的计算机、传输介质和网络连接设备等。

网络软件：一般指网络操作系统、网络通信协议等

网络硬件的组成

1、主计算机

在一般的局域网中，主机通常被称为服务器，是为客户提供各种服务的计算机，因此对其有一定的技术指标要求，特别是主、辅存储容量及其处理速度要求较高。根据服务器在网络中所提供的服务不同,可将其划分为文件服务器、打印服务器、通信服务器、域名服务器、数据库服务器等。

2、网络工作站

除服务器外，网络上的其余计算机主要是通过执行应用程序来完成工作任务的，我们把这种计算机称为网络工作站或网络客户机，它是网络数据主要的发生场所和使用场所，用户主要是通过使用工作站来利用网络资源并完成自己作业的。

3、网络终端

是用户访问网络的界面，它可以通过主机联入网内，也可以通过通信控制处理机联入网内。

4、通信处理机

一方面作为资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内;另一方面它又作为通信子网中分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储和转发等功能。

5、通信线路

通信线路(链路)是为通信处理机与通信处理机、通信处理机与主机之间提供通信信道。

6、信息变换设备

对信号进行变换，包括：调制解调器、无线通信接收和发送器、用于光纤通信的编码解码器等。

网络软件的组成

在计算机网络系统中，除了各种网络硬件设备外，还必须具有网络软件

1、网络操作系统

网络操作系统是网络软件中最主要的软件,用于实现不同主机之间的用户通信，以及全网硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一的、方便的网络接口,便于用户使用网络。目前网络操作系统有三大阵营：UNIX、NetWare和Windows。目前， 我国最广泛使用的是Windows网络操作系统。

2、网络协议软件

网络协议是网络通信的数据传输规范，网络协议软件是用于实现网络协议功能的软件。

目前, 典型的网络协议软件有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列等。其中, TCP/IP是当前异种网络互连应用最为广泛的网络协议软件。

3、网络管理软件

网络管理软件是用来对网络资源进行管理以及对网络进行维护的软件，如性能管理、配置管理、故障管理、记费管理、安全管理、网络运行状态监视与统计等。

4、网络通信软件

是用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件，使用户能够在不必详细了解通信控制规程的情况下，控制应用程序与多个站进行通信,并对大量的通信数据进行加工和管理。

5、网络应用软件

网络应用软件是为网络用户提供服务，最重要的特征是它研究的重点不是网络中各个独立的计算机本身的功能，而是如何实现网络特有的功能。

计算机网络的拓扑结构

当我们组建计算机我网络时，要考虑网络的布线方式，这也就涉及到了网络拓扑结构的内容。网络拓扑结构指网路中计算机线缆，以及其他组件的物理布局。

局域网常用的拓朴结构有：总线型结构、环型结构、星型结构、树型结构。拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面，是决定局域网性能优劣的重要因素之一。

1、总线型拓扑结构

总线型拓扑结构是指：网络上的所有计算机都通过一条电缆相互连接起来

总线上的通信：在总线上，任何一台计算机在发送信息时，其他计算机必须等待。而且计算机发送的信息会沿着总线向两端扩散，从而使网络中所有计算机都会收到这个信息，但是否接收，还取决于信息的目标地址是否与网络主机地址相一致，若一致，则接受;若不一致，则不接收。

信号反射和终结器：在总线型网络中，信号会沿着网线发送到整个网络。当信号到达线缆的端点时，将产生反射信号，这种发射信号会与后续信号发送冲突，从而使通信中断。为了防止通信中断，必须在线缆的两端安装终结器，以吸收端点信号，防止信号反弹。

特点：其中不需要插入任何其他的连接设备。网络中任何一台计算机发送的信号都沿一条共同的总线传播，而且能被其他所有计算机接收。有时又称这种网络结构为点对点拓朴结构。

优点：连接简单、易于安装、成本费用低

缺点：① 传送数据的速度缓慢：共享一条电缆，只能有其中一台计算机发送信息，其他接收。

②维护困难：因为网络一旦出现断点，整个网络将瘫痪，而且故障点很难查找。

2、星型拓扑结构：

每个节点都由一个单独的通信线路连接到中心节点上。中心节点控制全网的通信，任何两台计算机之间的通信都要通过中心节点来转接。因些中心节点是网络的瓶颈，这种拓朴结构又称为集中控制式网络结构，这种拓扑结构是目前使用最普遍的拓扑结构，处于中心的网络设备跨越式集线器(Hub)也可以是交换机。

优点：结构简单、便于维护和管理，因为当中某台计算机或头条线缆出现问题时，不会影响其他计算机的正常通信，维护比较容易。

缺点：通信线路专用，电缆成本高;中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。

3、环型拓扑结构：

环型拓扑结构是以一个共享的环型信道连接所有设备，称为令牌环。在环型拓扑中，信号会沿着环型信道按一个方向传播，并通过每台计算机。而且，每台计算机会对信号进行放大后，传给下一台计算机。同时，在网络中有一种特殊的信号称为令牌。令牌按顺时针方向传输。当某台计算机要发送信息时，必须先捕获令牌，再发送信息。发送信息后在释放令牌。

环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环(Token Ring)是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口(FDDI)是双环结构的典型代表。

环型结构的显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。

优点：电缆长度短：环型拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星型拓扑结构要短得多。

增加或减少工作站时，仅需简单地连接。可使用光纤;它的传输速度很高，十分适用一环型拓扑的单向传输。传输信息的时间是固定的，从而便于实时控制。

缺点：节点过多时,影响传输效率。环某处断开会导致整个系统的失效，节点的加入和撤出过程复杂。

检测故障困难：因为不是集中控制，故障检测需在网个各个节点进行，故障的检测就不很容易。

4、树型拓扑结构

树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成，如图所示。

优点：结构比较简单，成本低。扩充节点方便灵活。

缺点：对根结点的依赖性大，一旦根结点出现故障，将导致全网不能工作;电缆成本高。

5、网状结构与混合型结构

网状结构是指将各网络结点与通信线路连接成不规则的形状，每个结点至少与其他两个结点相连，或者说每个结点至少有两条链路与其他结点相连，如图(a)所示。大型互联网一般都采用这种结构，如我国的教育科研网CERNET(b)、Internet的主干网都采用网状结构

(a)网状拓扑结构 (b) CERNET主干网拓扑结构

优点：可靠性高;因为有多条路径，所以可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但路径选择比较复杂。

缺点：结构复杂，不易管理和维护;线路成本高;适用于大型广域网。

混合型结构是由以上几种拓扑结构混合而成的，如环星型结构，它是令牌环网和FDDI网常用的结构。再如总线型和星型的混合结构等。

计算机网络的分类

由于计算机网络自身的特点，其分类方法有多种。根据不同的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。

按覆盖范围分类

按网络所覆盖的地理范围的不同，计算机网络可分为局域网(LAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)。

1、局域网(LocalArea Network，LAN)

局域网是将较小地理区域内的计算机或数据终端设备连接在一起的通信网络。局域网覆盖的地理范围比较小，一般在几十米到几千米之间。它常用于组建一个办公室、一栋楼、一个楼群、一个校园或一个企业的计算机网络。局域网主要用于实现短距离的资源共享。如图所示的是一个由几台计算机和打印机组成的典型局域网。局域网的特点是分布距离近、传输速率高、数据传输可靠等。

2、 城域网(WideArea Network，WAN)

城域网是一种大型的LAN，它的覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般为几千米至几

万米，城域网的覆盖范围在一个城市内，它将位于一个城市之内不同地点的多个计算机局域网连接起来实现资源共享。城域网所使用的通信设备和网络设备的功能要求比局域网高，以便有效地覆盖整个城市的地理范围。一般在一个大型城市中，城域网可以将多个学校、企事业单位、公司和医院的局域网连接起来共享资源。如图所示的是不同建筑物内的局域网组成的城域网。

3、广域网(Wide Area Network，WAN)

广域网是在一个广阔的地理区域内进行数据、语音、图像信息传输的计算机网络。由于远距离数据传输的带宽有限，因此广域网的数据传输速率比局域网要慢得多。广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至于全球。因特网(Internet)是广域网的一种，但它不是一种具体独立性的网络，它将同类或不同类的物理网络(局域网、广域网与城域网)互联，并通过高层协议实现

不同类网络间的通信。如图所示的是一个简单的广域网。

按照网络中计算机所处的地位的不同，可以将计算机网络分为对等网和基于客服机、服务器模式的网络。

①.对等网：在对等网中，所有的计算机的地位是平等的，没有专用的服务器。每台计算机即作为服务器，又作为客户机;即为别人提供服务，也从别人那里获得服务。由于对等网没有专用的服务器，所以在管理对等网时，只能分别管理，不能统一管理，管理起来很不方便。对等网一般应用于计算机较少、安全不高的小型局域网。

②.基于客户机/服务器模式的网络：在这种网络中，两种角色的计算机，一种是服务器，一种是客服机。

服务器：服务器一方面负责保存网络的配置信息，另一方面也负责为客户机提供各种各样的服务。因为整个网络的关键配置都保存在服务器中，所以管理员在管理网络时只需要修改服务器的配置，就可以实现对整个网络的管理了。同时，客户机需要获得某种服务时，会向服务器发送请求，服务器接到请求后，会向客户机提供相应服务。服务器的种类很多，有邮件服务器、Web服务器、目录服务器等，不同的服务器可以为客户提供不同的服务。我们在构建网络时，一般选择配置较好的计算机，在其上安装相关服务，它就成了服务器。

客户机：主要用于向服务器发送请求，获得相关服务。如客户机向打印服务器请求打印服务，向Web服务器请求Web页面等。

按传播方式分类

如果按照传播方式不同，可将计算机网络分为“广播网络”和“点-点网络”两大类。

1、广播式网络

广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播，网络中的所有结点都能收到任一结点发出的数据信息。广播式网络的基本连接如图所示。

目前，在广播式网络中的传输方式有3种：

单播：采用一对一的发送形式将数据发送给网络所有目的节点。

组播：采用一对一组的发送形式,将数据发送给网络中的某一组主机。

广播：采用一对所有的发送形式，将数据发送给网络中所有目的节点。

2、点-点网络(Point-to-point Network)

-点式网络是两个结点之间的通信方式是点对点的。如果两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间结点的接收、存储、转发，直至目的结点。

点-点传播方式主要应用于WAN中，通常采用的拓扑结构有：星型、环型、树型、网状型。

按传输介质分类

1、有线网(WiredNetwork)

⑴双绞线：其特点是比较经济、安装方便、传输率和抗干扰能力一般，广泛应用于局域网中。

⑵同轴电缆：俗称细缆，现在逐渐淘汰。

⑶光纤电缆：特点是光纤传输距离长、传输效率高、抗干扰性强，是高安全性网络的理想选择。

2、 无线网(Wireless Network)

⑴无线电话网：是一种很有发展前途的连网方式。

⑵语音广播网：价格低廉、使用方便，但安全性差。

⑶无线电视网：普及率高，但无法在一个频道上和用户进行实时交互。

⑷微波通信网：通信保密性和安全性较好。

⑸卫星通信网：能进行远距离通信，但价格昂贵。

按传输技术分类

计算机网络数据依靠各种通信技术进行传输，根据网络传输技术分类，计算机网络可分为以下5种类型：

普通电信网：普通电话线网，综合数字电话网，综合业务数字网。

数字数据网：利用数字信道提供的永久或半永久性电路以传输数据信号为主的数字传输网络。

虚拟专用网：指客户基于DDN智能化的特点，利用DDN的部分网络资源所形成的一种虚拟网络。

微波扩频通信网：是电视传播和企事业单位组建企业内部网和接入Internet的一种方法，在移动通信中十分重要。

卫星通信网：是近年发展起来的空中通信网络。与地面通信网络相比，卫星通信网具有许多独特的优点。

事实上，网络类型的划分在实际组网中并不重要，重要的是组建的网络系统从功能、速度、操作系统、应用软件等方面能否满足实际工作的需要;是否能在较长时间内保持相对的先进性;能否为该部门(系统)带来全新的管理理念、管理方法、社会效益和经济效益等。