计算机网络技术2011年2月

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1、计算机网络概述计算机网络是计算机技术和通信技术相结合的产物，它是信息高速公路的重要组成部 分，是一种涉及到多门学科和多个技术领域的综合性技术。所谓计算机网络就是利用通信设备和线路，将地理位置不同的、功能独立的多个计算 机系统互联起来，以功能完善的网络软件（即由网络通信协议、网络操作系统等构成）实现 网络中资源共享和信息传递的系统。从以上的计算机网络的定义中，可以看出以下几层含义： 计算机网络连接的是独立运行的计算机，而不只是计算机上的一个设备。 计算机互联的目的是实现硬件、软件及数据资源的共享，以克服单机的局限性。 计算机网络靠通信设备和线路，把处于不同地点的计算机连接起来，以实现网络 用户间

2、的数据传输。 在计算机网络中，网络软件是必不可少的。计算机网络的功能计算机网络的功能主要体现在以下几个方面：1信息交换2资源共享3分布式处理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，最常见的分类方法是按网络通信涉及到的地理 范围来划分。1局域网局域网（LAN），一般用微型计算机通过高速通信线路相连，覆盖范围不超过10公里， 通常用于连接一幢或几幢大楼。在局域网内传输速率较高，一般为120Mb/s ；传输可靠， 误码率低；结构简单，容易实现。2城域网城域网（MAN），是在一个城市范围内建立的计算机通信网。通常使用与局域网相似的 技术，传输媒介主要采用光缆，传输速率在 100Mb/s 以

3、上。所有联网设备均通过专用连接 装置与媒介相连，但对媒介的访问控制在实现方法上与LAN不同。3广域网广域网（WAN），又称远程网。通常是指涉及城市与城市之间、国家与国家之间，甚至 洲与洲之间的地理位置跨度比较大的网络。它一般使用公用通信网或邮电部门提供的通信设 施进行通信，这就使广域网的数据传输率比局域网系统慢，传输误码率也较高。随着新的能 够提供更宽带宽、更快传输率的全球光纤通信网络的引入，广域网的速度也将大大提高。4互联网互联网因其英文单词Internet的读音，又称为英特网。是由广域网与广域网、广域网与 局域网、局域网与局域网等互联而成的巨型网络，无论从地理范围，还是从网络规模来讲， 它

4、都是最大的一种网络。互联网的特点是信息量大、传播广，整个网络的计算机每时每刻随 着人们网络的接入在不断地变化。因为这种网络的复杂性，所以互联网的实现技术也是非常 复杂的。网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构是指抛开网络中的具体设备，把网络中的计算机抽象为点，把 两点间的网络连接抽象为线，用相对简单的拓扑图形式画出网络上的计算机连接方式。常见 的网络拓扑结构有以下几种：1总线拓扑结构总线拓扑结构是以一根电缆作为传输介质（称为总线），在一条总线上装置多个t型头， 每个T型头连接一个结点机系统，总线两端用端接器防止信号反射，如图7-1所示。结点之 间按广播方式进行通信，一个结点发送的信息其他结点均可接

5、收。总线拓扑结构的优点是结构简单，结点增减方便，连线总长度小于星型结构。缺点是 总线任何一处出现故障，都将引起整个网络的瘫痪。2星型拓扑结构 星型拓扑结构是以一台设备作为中央结点，其他外围结点都单独连接在中央结点上， 如图 7-2 所示。各外围结点之间不能直接通信，必须通过中央结点进行通信。星型拓扑结构的优点是结构简单，任何一个连接只涉及到中央结点和一个站点；站点 故障容易检测和隔离，单个站点的故障只影响一个设备，不会影响全网。缺点是网络性能依 赖于中央结点，一旦中央结点出现故障，就会危及全网，故对中央结点机要求高；每个站点 都需要有一个专用线路，连线费用大，利用率低；当网络需要扩展时，必须增

6、加到中央结点 的连线，因而网络扩展较困难。3环型拓扑结构环型拓扑结构是把各个相邻的结点相互连接起来以构成环状，如图 7-3 所示。各结点通 过中继器连接到闭环上。对于任意两个结点之间的数据传送，其信息是单向、沿环、逐点通 过转发传送到下一站点，并最终到达目标站点。环型拓扑结构的优点是传输速率高，传输距离远；环路中各结点的地位和作用是相同 的，因此容易实现分布式控制；在环型拓扑结构的网络中，传输信息的时间是固定的，从而 便于实时控制。缺点是一个站点的故障会引起整个网络的崩溃，另外结点的增加和删除也比 较复杂。4树型拓扑结构树型拓扑结构是一种分级结构，结点按层次进行连接，如图 7-4 所示。在树型

7、拓扑结构 中，信息交换主要在上下结点之间进行，同层结点之间一般不进行数据交换。树型结构的优点是通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便。缺点是资 源共享能力差，可靠性低，任何一个工作站或链路的故障都会影响整个网络的运行。另外，在实际应用中网络可能将多种拓扑结构连在一起而形成混合拓扑结构，其具有不 同拓扑结构的特点。一般而言，网络拓扑结构会影响网络传输介质的选择和控制方法的确定，因而会影响网 上结点的运行速度和网络软、硬件接口的复杂度。网络的拓扑结构和介质访问控制方法是影 响网络性能的最重要因素，因此应根据实际情况，选择最适合的拓扑结构，确保组建的网络 具有较高的性能。计算机网络的体系结

8、构1网络协议在计算机网络中，为了使计算机之间能正确传输信息，必须有一套关于信息传输顺序、 信息格式和信息内容等的约定，这些约定称为网络协议。协议是计算机彼此交流的标准语言，每台联网的计算机都应该配备标准语言（协议）。 这样，彼此之间知道怎样去“说”（即向一方发送信息）或“听”（接收方能理解所接收信息 的含义），从而实现相互之间的通信。网络与协议是紧密联系在一起的，没有协议的网络不 可能真正“活”起来。也就是说，网络是由它所使用的协议来定义的。网络协议的内容有很多，可供不同的需要使用。2网络系统的体系结构由于网络协议包含的内容相当多，为了减少设计上的复杂性，近代计算机网络都采用 分层的层次结构，

9、即把一个复杂的问题分解成若干个较简单又易于处理的问题，使之容易实 现。在这种分层结构中，每层都是建立在它下一层的基础上，每层间有相应的通信协议，相 邻层之间的通信约束称为接口。在分层处理后，相似的功能出现在同一层内，每一层仅与其 相邻上、下层通过接口通信，使用下层提供的服务，并向上层提供服务。上、下层之间的关 系是下层对上层服务，上层是下层的用户。计算机网络的各个层和在各层上使用的全部协议统称为网络系统的体系结构。体系结 构是比较抽象的概念，可以用不同的硬件和软件来实现这样的结构。OSI 参考模型把网络通信分成 7 层，每一层覆盖了不同的网络活动、设备和协议，如图7-5所示。OSI每一层均提供

10、某种服务或操作，为把数据通过网络发布给另外一台计算机。 最低两层定义了网络的物理介质和一些相关的任务，例如把数据位放置到网卡和电缆上去 等；最高的几层定义应用程序访问通信服务的方式。层与层之间彼此是通过接口边界来隔离 的。OSI 实际上并非是一个实用型的网络协议，仅仅是划分了网络层次的一种参考模型，为 设计真正实用的网络协议提供了指导，简化了协议的设计，方便了网络的互联。此外，通信 设备也是分层次的，例如后面介绍的集线器、网桥、路由器与网关，就分别属于物理层、数 据链路层、网络层与应用层，它们各自使用相应层次的网络协议。国际互联网使用的是称为“TCP/IP”的协议，它采用了 OSI中的若干层。

11、计算机网络的构成计算机网络系统由网络硬件和网络软件组成，网络硬件包括主体设备和连接设备两大部 分，网络软件包括网络操作系统和网络协议等。网络硬件1网络的主体设备 网络中的主体设备包括服务器和工作站两类。（1）服务器 服务器是为网络提供共享资源的基本设备，在其上运行的网络操作系统，是网络控制的 核心。服务器应选择较高档次的机型，软硬盘容量及内存容量的指标都要求较高。常用的网络服务器包括以下几种类型： 专用文件服务器 打印服务器 专用的数据库服务器 Web 服务器 应用服务器（2）工作站 工作站是网络用户入网操作的结点，它可以有自己的操作系统。用户既可以通过运行 工作站上的网络软件共享网络上的公共

12、资源，也可以不进入网络，单独工作。在工作站上工 作的客户机一般的配置要求不是很高，大多采用个人微机及携带相应的外部设备，如打印机、 扫描仪等。2网络连接设备（1）网络适配器 网络适配器又称网卡，任何一台计算机要想联网使用，必须通过网卡进行连接，网卡 通常插入主机的主板扩展槽中。网卡通过总线与计算机设备接口相连，另一方面又通过网卡 接口与网络传输媒介相连。目前，在PC机中主要使用PCI总线结构的网卡，PCI网卡以32 位传送数据，传输速率可达到 100Mb/s。在安装网卡后，往往还要进行协议的配置，比如运行Windows系统的计算机，可给网 卡配置IPX/SPX协议和NetBEUI协议。如果要通

13、过局域网连接Internet 网,必须配置TCP/IP 协议。（2）调制解调器 调制解调器是一种通过公用电话网连接计算机的设备。当计算机利用公用电话线与网 络连接时，最简便的方法是通过调制解调器将计算机接到电话线上，由于电话线使用模拟信 号，而计算机使用数字信号，所以调制解调器的作用，就是进行数字信号与模拟信号之间的 转换。（3）集线器集线器（Hub）是网络传输媒介的中间结点，具有信号再生转发功能。一个Hub上往往 有8个、16个或更多的端口，可使多个用户机通过双绞线与网络设备相连。Hub上的端口 彼此相互独立，不会因某一端口的故障影响其他用户。（ 4）传输介质 在计算机网络中常用的传输介质为

14、双绞线、同轴电缆、光缆等（参见7.2.5）。（ 5）网络互联设备 中继器中继器用于连接拓扑结构相同的两个局域网或延伸一个局域网，它是在OSI模型的物 理层上实现互联。这种设备较为简单，所起的作用只是信号的放大和再生，中继器能把有效 的连接距离扩大一倍。 网桥网桥是连接两个相同类型局域网的连接设备，它是在 OSI 模型的数据链路层上实现互 联。不同局域网之间的通信是通过网桥传送的，并确保同一个局域网内部的通信不会被发送 到外部。一个网段上的故障不会影响另一个网段，从而提高了网络的可靠性。 路由器路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它是在OSI模型的网络层上实现互联。 路由器比网桥具有更强的

15、互联功能，是一种灵活的、智能化的设备，可连接不同类型、不同 速度的子网，是网络中很重要的设备之一。 网关 网关用于连接不同类型的子网，组成异构的互联网，以实现不同类型网络设备之间的 通信。网关的连接操作是在 OSI 模型的七层协议的传输层以上，它是最复杂的网络互联设 备。网络软件 网络软件是实现网络功能不可缺少的软件环境，主要包括以下几类： 1网络操作系统 网络操作系统是具有网络功能的操作系统。它除了具有通用操作系统的功能外，还应 具有网络的支持功能，能管理整个网络的资源。网络操作系统主要分为两类：一类是端到端的对等式网络操作系统；一类是客户机/服 务器模式网络操作系统。所谓对等，是指网络中的

16、所有计算机都具有同等地位，没有主次之分。网络上任何一 个结点机所拥有的资源都作为网络资源，可被其他结点机上的网络用户共享，这样的网络称 为对等网络。如果在网络中有几台计算机专门充当服务器，为整个网络提供共享资源和服务，这样 的网络称为客户机/服务器模式网络。在客户机/服务器模式中，客户机简单地提出服务请求， 由服务器提供服务并将结果或错误返回给客户机，因此，客户机/服务器模式是一种主从结 构。网络中的计算机处于何种地位取决于计算机使用的操作系统的类型。作为服务器的计算 机要运行操作系统的服务器版本，而作为客户机的计算机要运行客户机操作系统。目前，网络操作系统主要有NetWare、Windows N