8.1 计算机网络基础知识
计算机网络属于多机系统的范畴，它代表着当前计算机体系结构发展的重要方向。计算机网络是计算机技术与通信技术相互结合的产物，它是利用通信设备将分散、独立的计算机连接起来，在相应通信协议和网络系统软件的支持下，实现资源共享和信息交换的系统。
从上面计算机网络的定义可知，构成计算机网络的首要条件是至少有两台计算机；其次，这些计算机是通过一定的通信媒体互联在一起的。
8.1.1 计算机网络的分类
计算机网络可从不同的角度分类。
1．按网络的使用范围分类
按网络的使用范围，计算机网络可以划分为公用网和专用网。
（1）公用网。公用网一般是由国家有关部门统一组建和管理的，它是任何人都可以使用的通信网络，它能连接众多的计算机和终端。
（2）专用网。专用网是由某个部门或单位自行组建的专门为自身业务服务的网络，它仅供本部门或本单位使用，一般不允许其他部门或单位使用。
2．按拓朴结构分类
按网络的拓朴结构，计算机网络可划分为环型网、星型网和总线型网。拓朴结构是网络的物理连接形式，它主要包括环型、星型和总线型。
3．按网络的分布范围分类
按网络的分布范围，计算机网络可划分为局域网、城域网和广域网。
（1）局域网。局域网是将近距离的计算机连接起来而形成的网络，它可以包含一个或多个子网，它的规模比较小，一般在几千米的范围之内，它由一个单位进行管理。
（2）广域网。广域网是在较大的地理范围内，将不同单位、不同城市甚至不同国家的计算机连接起来而形成的网络。Internet是当今世界上最大的广域网。
（3）城域网。城域网是介于局域网和广域网之间的网络，范围在几十公里到上百公里，主要连接一个地区、一个城市的计算机。
8.1.2 计算机网络的功能
计算机网络有以下5个主要功能。
1．资源共享
资源共享是计算机网络的重要功能。所谓计算机资源一般是指计算机的软件、硬件和数据。实现资源共享，网络用户就可以共享分散在不同地理位置的各种硬件、软件和数据资源。
2．用户之间的信息交换
计算机网络可以实现计算机之间的信息传送，使分散在不同地理位置的业务部门和生产部门的信息得到统一，有利于集中控制和管理。
3．平衡负荷及分布处理
当网络中某个主机系统超负荷时，可以将某些工作通过网络传送到其他主机上去处理；当一个问题具有复杂运算时，可以将复杂的问题用一定的算法分成若干个小问题，再由网络上各计算机分别承担其中一部分任务，有利于进行重大科研课题的研究。
4．提高计算机的可靠性
计算机网络中的各台计算机可以互为后备机。当一台计算机出现故障时可以使用另一台计算机，避免了因一台计算机故障而引起整个系统瘫痪的问题，从而提高了计算机的可靠性。
5．综合信息服务
通过计算机网络可以向社会提供各种经济信息、咨询服务和科技情报，它将为新闻、金融、卫生、教育、办公自动化、政治、军事以及生活等各个领域提供服务，如国际互联网Internet上的环球信息网服务。
8.1.3 计算机网络的构成
计算机网络主要由网络硬件、网络软件和网络结构3部分构成。
1．网络硬件
计算机网络的硬件设备包括服务器、工作站、网络适配器、调制解调器、中继器、路由器、交换器、集线器、网桥、网关、传输介质等。
（1）服务器。服务器是网络通信的中心节点，它负责网络资源管理和用户服务。服务器连接到网络上，并使网络上的各个工作站共享软件资源和高级外设。
（2）工作站。工作站是通过网络适配器连接到网络上的一台计算机，是网络中的用户。网络对工作站无特殊要求，一般能连接到网络上，并能使用户正常工作。
（3）网络适配器。网络适配器也称为网卡，它是实现网络工作站与服务器之间或不同工作站之间的信息交换接口网络适配器插在计算机中的扩展槽上，再通过通信电缆及有关通信设备连接组网。
网络适配器根据计算机的类型可分为ISA（16位数据总线）和PCI（32位数据总线）两种网络适配器。
（4）调制解调器。调制解调器是一种信号设备，它可以将数字信号转化为模拟信号，也可以将模拟信号转化为数字信号。计算机通过调制解调器与电话交换网实现网络通信调制解调器的速率用位每秒（b/s）表示，目前它的传输速率主要有36.6 Kb/s与56 Kb/s两种。
（5）中继器。中继器的作用是将信号放大，用于网络的通信距离已超过通信介质的最大距离。
（6）路由器。路由器是一种配备了专用软件的用于网络互连的专用计算机，它具有连接一个或几个同类型的局域网、自动进行路径选择、对信息进行存储和转发等功能。
（7）交换器。交换器是组建大型高速交换网络所必须的网络设备，其作用类似于集线器，它可进行多路网络数据的交换处理。
（8）集线器。集线器是一种计算机连网设备，是优化网络结构常用的组网设备，通过集线器可以将多台计算机连接起来，也可以再连接其他集线器。集线器一般提供了多个RJ--45接口，供集线器与集线器的级联，一般允许最大级联数为4级。
（9）网桥。网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，它用于连接一个或多个同类型的局域网。它可以连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；可以分隔两个网络之间的广播通信量；还可以以接收、存储、地址过滤与转发的方式，实现互连网络之间的通信等特征。
（10）网关。网关是一种配备了专用软件，用于网络互连的专用计算机，用于连接不同协议的网络，具有不同网络协议之间的转换功能。
（11）传输介质。传输介质是传送信号的载体，它决定网络的传输速率、局域网的最大长度、传输的可靠性以及网络适配器的复杂性。常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤、微波及卫星等。
1）双绞线。双绞线是计算机网络中的一种用于连接计算机的电缆，网络中使用的双绞线为8芯，它的数据传输速率可以是10 Mb/s和100 Mb/s。双绞线可分为非屏蔽双绞线和屏蔽双绞线。非屏蔽双绞线又可分为3类、4类、5类和超5类，它具有易安装、布线灵活等特点；屏蔽双绞线也可分为3类、4类和5类，它的抗干扰性好，但是价格高，安装困难。
2）同轴电缆。同轴电缆可分为粗缆和细缆。粗缆频带宽，标准距离长，可靠性高，但造价高安装难度大；细缆造价低，抗干扰能力强，但传输距离短，可靠性差。同轴电缆是一种较好的传输介质，它既可以用于宽带系统，又可以用于基带系统，具有吞吐量大、可链接设备多、性能价格比较高等优点。
3）光纤。光纤又称为光导纤维，它是计算机网络中一种用于连接计算机的电缆，它的传输速率通常在100 Mb/s它具有传输频带宽、通信容量大、抗干扰能力强、传输距离远、抗化学腐蚀能力强、不受任何强电磁的影响、安全性好等特点，但其价格较为昂贵。光纤是网络传输介质中性能最好的一种传输介质。
4）微波。微波通信是一种无线电通信，只需在通信双方之间建立微波站就可以了，它的频率为1～10 GHz。
5）卫星。利用人造卫星转发微波信号，使各地之间互相通信，它是一种特殊的微波中继系统。
2．网络软件
网络软件是实现网络功能所不可缺少的部分，也是挖掘网络潜力的工具，它包括网络操作系统、网络通信协议和网络体系结构。
（1）网络操作系统。网络操作系统的作用是进行管理网络中的资源共享、访问控制、用户通信等。常见的网络操作系统有NetWare，Windows NT等。
1）NetWare操作系统。NetWare操作系统是以文件服务器为中心的，它由文件服务器内核、工作站外壳和低层通信协议组成。它具有多任务、多用户操作平台、易于安装开放协议技术、良好的安全措施与容错能力等特性。
2）Windows NT操作系统。Windows NT操作系统是一种可以在网络环境中以客户和服务器模式工作的多功能操作系统。它包括Windows NT Server和Windows NT Workst ation两部分。Windows NT Server是服务端软件；Windows NT Workstation是客户端软件。Windows NT操作系统具有开放的体系结构、集中式管理、内置管理和用户工作站管理等特点。
（2）网络通信协议。网络通信协议是通信双方共同遵守的一套规则，规定了计算机所发送信息的精确格式和意义，也规定了计算机如何发送信息以及当信息到来时如何做出响应等。
协议代表着标准化，它是指通信双方必须遵循的控制信息交换的规则之集合，即在通信过程中如何通信，何时通信等方面，两个对象要遵从相互可能接受的一些约定和规则。
协议通常由语义、语法和变换规则组成。
1）语义。语义是对组成协议的元素含义的解释，即通信双方之间“讲什么”，它用于决定双方对话的类型。
2）语法。语法是用于规定将若干个协议元素和数据组合在一起来表达一个更完整的内容时所应遵循的格式，即确定通信双方之间“如何讲”，它用于决定双方对话的格式。
3）变换规则。变换规则规定了事件的执行顺序，它用于决定通信双方的应答关系。
（3）网络体系结构。网络体系结构是网络层次结构与各层协议的集合，它对计算机网络应该实现的功能进行了精确的定义。1978年，由国际标准化组织ISO提出的“开放系统互联参考模型”，即ISO参考模型，定义了网络互连的7层框架。
1）物理层。物理层是参考模型的最低层，是网络通信的数据传输介质，由连接不同结点的电缆与设备共同构成。
2）数据链路层。数据链路层是参考模型的第2层，是在两个数据站之间保证数据正常交换的通路，它主要是进行二进制数据流的传输并进行差错检测和流量控制。
3）网络层。网络层是参考模型的第3层，是主机与通信子网的接口，它主要解决报文分组及传送过程中的路由选择问题。
4）传输层。传输层是参考模型的第4层，接收会话层的数据，确保数据的可靠传输。
5）会话层。会话层是参考模型的第5层，主要提供一种有效方法，以组织并协调两个表示层实体之间的对话，并管理它们之间的数据交换，实现通信双方进程之间的通信控制。
6）表示层。表示层是参考模型的第6层，是制定如文本压缩、密码转换、终端管理和文件传送等协议，解决通信双方不同的数据格式的转换。
7）应用层。应用层是参考模型的第7层，也是OSI模型的最高层。
3．网络拓朴结构
在不同的网络系统中，网络结构和所选择使用的网络软件是不同的。为了应付复杂的网络结构设计，人们引入了网络拓朴结构。将服务器、工作站等网络单元抽象为点，将网络中的电缆抽象为线，形成点和线的几何图形，从而形成了计算机的网络拓朴结构，它是网络的基本结构。
计算机网络结构通常有星型结构、总线型结构、树型结构和环型结构。
（1）星型结构。星型结构是以一个节点为中心的网络结构，网络中每个节点设备都以中心节点为中心，通过连接线与中心节点相连。其他节点间不能直接通信，通信时必须通过中心节点转发。星型结构的优点是结构简单、易于实现便于管理和控制；缺点是主机负载过重、可靠性低、由于中心节点的故障可能造成全网瘫痪。
（2）总线型结构。总线型结构是将各个节点设备与一条总线相连。任何一个节点发送的信号都沿着传输介质传播而且能被其他节点接收。总线型结构的优点是结构简单、安装使用方便、价格相对便宜、可靠性高、成本低等；缺点是网络延伸距离有限、网络容纳的节点数有限、若总线上某一节点出现故障将导致整个网络瘫痪。
（3）树型结构。树型结构是星型结构的扩展，它将原来用单独链路直接连接的节点通过多级处理主机进行分级连接。树型结构的优点是利用率高、成本低、改善了星型结构的可靠性和扩展性。缺点是增加了网络复杂性、对根的依赖性太大、任一节点或连线的故障均影响其所在支路网络的正常工作。
（4）环型结构。环型结构是各节点相连形成的一个闭合环。在该结构中，信息按顺时针方向或逆时针方向流动。环型结构的优点是结构比较简单、实时性强、无信号冲突等；缺点是网络扩充复杂，节点过多时影响传输速率，环中任何一个节点出现故障，都可能造成全网瘫痪。
8.1.4 计算机网络的服务
计算机网络所提供的信息和服务主要有以下几种：
（1）WWW（World Wide Web）：又称万维网，它能自动查询各种Internet资源。如可以使用Web浏览器来听音乐、阅读文档、下载文档等。
（2）E-mail（电子邮件）：用户可以通过Internet来收发电子邮件。
（3）News：用于查找、收集一些新闻或信息。
（4）Mailing lists：用于接收和使用学校、政府机关以及企业中的远程计算机系统。
（5）Interactive communication（即时信息通信）：用于即时与他人交流，如ICQ，OICQ，Messenger等在线聊天软件。
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