1.计算机网络的组成
为了简化计算机网络的分析和设计，有利于网络软件和硬件配置，从计算机网络系统的逻辑功能（结构）考虑，计算机网络可由通信子网和资源子网两部分组成，即计算机网络的二级结构，如图3－1所示。
图3－1 计算机网络的二级结构
通信子网包括专门负责通信处理的通信控制处理机、通信线路和其他通信设备，承担着全网的数据传输、转发和通信控制等通信处理工作，但不提供信息资源和计算能力。
资源子网负责全网的数据处理和计算，向用户提供各种网络资源和网络服务，最大限度地共享网络中的各种软、硬件资源。计算机网络系统主体可分为硬件和软件两大部分。
一般而言，计算机网络的硬件可分为5类：网络服务器、网络工作站、网关、防火墙和外部设备。
（1）网络服务器
网络服务器是一台可被网络用户访问的计算机，它可为网络用户提供各种资源，并负责管理这些资源，协调网络用户对这些资源的访问。服务器是局域网的核心，网络中可共享的资源大多集中在服务器中，如大容量磁盘、高速打印机、网络数据库等。通过服务器，局域上的用户可以共享文件、共享数据库、共享外部设备等。
服务器可以是个人计算机，也可以是工作站或小型计算机。服务器的种类很多，主要有塔式、机架式和刀片式三种，如图3－2所示。
图3－2 三种主要的服务器
（2）网络工作站
网络工作站是指能使用户在网络环境上进行工作的计算机。网络工作站通常被称为客户机。在局域网上，一般都是采用微型机作为网络工作站。
网络工作站同一般所说的工程工作站在概念和功能上具有较大的区别。平常所说的工作站，如SUN工作站、SGI工作站等是指专门用于某一项工作的工作站，如用于CAD设计，图形设计与创作等，这些工作站一般称为工程工作站。网络工作站则泛指供用户在网络环境下工作的、可为用户操作使用网络服务的所有计算机。
（3）网关
网关是本地网络的标记，数据从本地网络跨过网关，就代表走出该本地网络。所以，网关也是不同体系结构（不同协议或者不同大小的）网络间的通信设备。它能将局域网分割成若干网段、连接相关的局域网以及将各广域网互联而形成了互联网。
网关按功能大致分为以下三类：
①协议网关。此类网关的主要功能是在不同协议的网络之间进行协议转换。不同的网络，具有不同的数据封装格式、不同的数据分组大小、不同的传输率。然而，这些网络之间相互进行数据共享、交流却是必不可少的。为消除不同网络之间的差异，使数据能顺利进行交流，需要一个专门的翻译，也就是协议网关，它使一个网络能理解其他的网络。正是协议网关使不同的网络连接形成巨大的互联网。
②应用网关。这是针对一些专门的应用而设置的一些网关，其主要作用是将某个服务的一种数据格式转化为该服务的另外一种数据格式，从而实现数据交流。这种网关常作为某个特定服务的服务器，但是又兼具网关的功能。最常见的此类服务器就是邮件服务器了。电子邮件有好几种格式，如POP3、SMTP、FAX、X 400、MHS等，如果SMTP邮件服务器提供了这些不同格式邮件的网关接口，那么人们就可方便地通过SMTP件服务器向其他服务器发送邮件了。支付网关是连接银行专用网络与互联网的一组服务器，其主要作用是完成两者之间的通信、协议转换和进行数据加密、解密，以保护银行内部网络的安全。
③安全网关。最常用的安全网关就是包过滤器，实际上就是对数据包的原地址、目的地址和端口号、网络协议进行授权。通过对这些信息的过滤处理，让有许可权的数据包传输通过网关，而对那些没有许可权的数据包进行拦截甚至丢弃。这和件防火墙有一定意义上的相同之处，但是与软件防火墙相比更加安全，网关数据处理量大，处理速度快，可以很好地对整个本地网络进行保护而不对整个网络造成“瓶颈”。
（4）防火墙
防火墙（Firewall）是在局域网和互联网之间构筑的一道屏障，它是一套隔离设备和软件，用以保护局域网中的信息、资源等不受来自外部网络的非法用户的侵犯。防火墙分为硬件防火墙和软件防火墙两种。硬件防火墙如图3－3所示。
图3－3 硬件防火墙
（5）外部设备
外部设备属于可被网络用户共享的硬件资源。通常情况下，是一些大型的、昂贵的外部设备，如大型激光打印机、绘图设备、大容量存储系统等。
2.计算机网络的分类
计算机网络可以从不同的角度进行分类，可按网络的覆盖范围、网络的交换功能、网络的拓扑结构、网络的用途以及传输媒体等分类。下面介绍按覆盖范围分类及按拓扑结构分类两种分类。
（1）按网络覆盖的范围分类
按网络覆盖的范围分类，实际上是按网络传输的距离进行分类。传输技术根据息传输距离不同而不同。根据覆盖的范围可把网络分成局域网、城域网和广域网。
①局域网
局域网（Local Area Network，LAN）的分布距离一般在数千米以内，通常属于某一个单位团体所建立与管理，一般是一个机构内部的网络，或是大学校园网。
②城域网
城域网（Metropolitan Area Network，MAN）是介于局域网和广域网之间的一种区域性网络，其分布距离一般在10～100km，覆盖一个城市或地区。城域网为多个局域网提供高速的连接途径：实现大量用户间的数据、语音、图像、视频等多种信息的传输，也可作为公共设施运作。
③广域网
广域网（Wide Area Network，WAN）的地理分布距离大，其通信线路一般由通信部门提供。广域网可以是一个国家或一个洲际网络，规模庞大而复杂，它可以将多个局域网和城域网连接起来，甚至可以把世界各地的局域网连接起来，实现远距离资源共享和低价高速的数据通信。
（2）按网络拓扑结构分类
计算机网络按拓扑结构可分为：星形、树形、环形、总线形、网状和混合型。常见的网络拓扑结构如图3－4所示。
图3－4 常见网络拓扑结构
网络的拓扑结构不同，所采用的传输方式和通信控制协议也不同。其中，星形、环形和网状采用点对点的数据传输方式，总线形采用一点对多点（广播式）的数据传输方式，而混合型则由多个不同拓扑结构的网络组成。
①星形拓扑结构
星形拓扑结构中有一个唯一的位于中央位置的节点（主机或服务器），其余节点连接到中央节点。中央节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中央节点。星形拓扑结构简单，易于实现，便于管理且接入节点容易，但中央节点是网络可靠性的瓶颈，中央节点的故障可能造成全网的瘫痪。
②树形拓扑结构
在树形拓扑结构中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行，相邻同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。树形拓扑可以看成是星形拓扑的一种扩展，结构较星形复杂。
③环形拓扑结构
在环形拓扑结构中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路。环中数据沿一个方向逐站传送。环形拓扑结构简单，传输延时确定，但是环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈：环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。为保证环的正常工作，需要较复杂的维护处理。环形节点的加入和撤出过程都比较复杂。
④总线形拓扑结构
在总线形结构中，各节点通过一个或多个通信线路与公共总线相连。总线形网络结构简单、扩展容易。网络中任何一个节点的故障都不会造成全网瘫痪，故可靠性较高，一般用于主干网。
⑤网状拓扑结构
网状拓扑结构又称作无规则型口在网状拓扑结构中，节点之间连接是任意的，没有规律。网状拓扑结构的主要优点是系统可靠性高，但是结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制方法。目前实际存在与使用的广域网，一般都采用这种拓扑结构，典型的是互联网。
⑥混合型拓扑结构
根据具体需要，将上面几种拓扑结构混合使用。一般网络多采用混合型拓扑结构。
上述几种结构中，星形和树形均采用集中控制方式，它们的主要缺点是可靠性差，主节点故障会导致全网瘫痪；环形和总线形主要采用分布式控制方式；网状结构一般用在远程网络中。如何确定网络的拓扑结构，是网络设计中首先要考虑的问题，需根据应用场合、任务要求和经济承受能力等诸多因素综合分析确定。
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