第1章  計算機網絡基礎

本章要點
* 計算機網絡概述。
* 計算機網絡的定義。
* 計算機網絡的功能。
* 計算機網絡的組成。
* 計算機網絡的分類。
* 計算機網絡的應用。
* 計算機網絡的發(fā)展前景。
學習目標
* 掌握計算機網絡的相關基礎知識。
* 掌握計算機網絡的相關應用。
* 掌握計算機網絡的發(fā)展前景。
1.1  計算機網絡概述
1.1.1  計算機網絡的產生
　　隨著計算機越來越深入地走進人們的生活，有時候我們迫切需要在異地訪問某一臺計算機上的數據。這時，計算機網絡技術就派上用場了�？梢赃@樣說，計算機網絡是計算機技術和通信技術結合的產物。計算機硬件技術的發(fā)展提升了計算機的運算速度，而通信技術的發(fā)展提升了數據交換的速度。兩者的結合推動了計算機網絡的迅速發(fā)展。
　　近年來，計算機技術和通信技術都迅猛發(fā)展、互相滲透而又密切結合。計算機在通信中的應用也促使數據通信和數字通信等得到了快速發(fā)展，并促進了通信由模擬向數字化并最終向綜合服務的方向發(fā)展。通信技術則為計算機之間信息的快速傳遞、資源共享和協調合作提供了強有力的手段。計算機網絡在當今社會和經濟發(fā)展中起著非常重要的作用，世界上任何一個擁有計算機的人都能夠通過計算機網絡了解世界的變化，掌握先進的科學知識，獲得個人需要的信息。網絡已經滲透到人們生活的各個角落，影響著人們的日常生活，計算機網絡提供了人們幾乎所有可能的需要。因此在某種程度上講，計算機網絡的發(fā)展水平不僅反映了一個國家的計算機科學和通信技術的水平，而且已經成為衡量其國力及現代化程度的重要標志之一。
1.1.2  計算機網絡的發(fā)展
　　計算機網絡技術發(fā)展和應用速度是非常快的。計算機網絡從形成、發(fā)展到廣泛應用大致經歷了近60年時間�？v觀計算機網絡的形成與發(fā)展歷史，大體可以將它劃分為4個階段。
　　第一階段：以單個計算機為中心的遠程聯機系統，構成面向終端的計算機通信網(20世紀50年代)。
　　第二階段：多個自主功能的主機通過通信線路互聯，形成資源共享的計算機網絡(20世紀60年代末)。
　　第三階段：形成具有統一的網絡體系結構、遵循國際標準化協議的計算機網絡(20世紀70年代末)。
　　第四階段：向互聯、高速、智能化方向發(fā)展的計算機網絡(始于20世紀80年代末)。
1. 面向終端的計算機通信網
　　1946年世界上第一臺電子計算機ENIAC在美國誕生時，計算機技術與通信技術并沒有直接的聯系。20世紀50年代初，美國為了自身的安全，在美國本土北部和加拿大境內，建立了一個半自動地面防空系統SAGE(譯成中文為賽其系統)，進行了計算機技術與通信技術相結合的嘗試。
　　人們把這種以單個計算機為中心的聯機系統稱作面向終端的遠程聯機系統。該系統是計算機技術與通信技術相結合而形成的計算機網絡的雛形，因此也稱為面向終端的計算機通信網。60年代初，美國航空訂票系統SABRE-1就是這種計算機通信網絡的典型應用，該系統由一臺中心計算機和分布在全美范圍內的2000多個終端組成，各終端通過電話線連接到中心計算機。
　　具有通信功能的單機系統的典型結構是計算機通過多重線路控制器與遠程終端相連，如圖1-1所示。

圖1-1  單機系統的典型結構示意
　　上述單機系統有以下兩個主要缺點。
　　(1) 主機既要負責數據處理，又要管理與終端的通信，因此主機的負擔很重。
　　(2) 由于一個終端單獨使用一根通信線路，造成通信線路利用率低。此外，每增加一個終端，線路控制器的軟硬件都需要做出很大的改動。
　　為減輕主機的負擔，可在通信線路和計算機之間設置一個前端處理機(FEP)，FEP專門負責與終端之間的通信控制，而讓主機進行數據處理；為提高通信效率，減少通信費用，在遠程終端比較密集的地方增加一個集中器，集中器的作用是把若干個終端經低速通信線路集中起來，連接到高速線路上。然后經高速線路與前端處理機連接。前端處理機和集中器當時一般由小型計算機擔當，因此，這種結構也稱為具有通信功能的多機系統，如圖1-2所示。

圖1-2  具有通信功能的多機系統
2. 多個自主功能的主機通過通信線路互聯的計算機網絡?
　　資源子網由網絡中的所有主機、終端、終端控制器、外設(如網絡打印機、磁盤陣列等)和各種軟件資源組成，負責全網的數據處理和向網絡用戶(工作站或終端)提供網絡資源和服務。
　　通信子網由各種通信設備和線路組成，承擔資源子網的數據傳輸、轉接和變換等通信處理工作。二者的關系如圖1-3所示。

圖1-3  計算機互聯網絡的邏輯結構
　　網絡用戶對網絡的訪問可分為以下兩類。
* 本地訪問：對本地主機訪問，不經過通信子網，只在資源子網內部進行。
* 網絡訪問：通過通信子網訪問遠地主機上的資源。
3. 標準化的計算機網絡
　　計算機網絡發(fā)展的第三階段是加速體系結構與協議國際標準化的研究與應用。20世紀70年代末，國際標準化組織ISO(International Organization for Standardization)的計算機與信息處理標準化技術委員會成立了一個專門機構，研究和制定網絡通信標準，以實現網絡體系結構的國際標準化。1984年，ISO正式頒布了一個稱為“開放系統互連基本參考模型”的國際標準ISO 7498，簡稱OSIRM(Open System Interconnection Basic Reference Model)，即著名的OSI七層模型。OSI RM及標準協議的制定和完善大大加速了計算機網絡的發(fā)展，很多大的計算機廠商相繼宣布支持OSI標準，并積極研究和開發(fā)符合OSI標準的產品。
　　遵循國際標準化協議的計算機網絡具有統一的網絡體系結構，廠商需按照共同認可的國際標準開發(fā)自己的網絡產品，從而保證不同廠商的產品可以在同一個網絡中進行通信，這就是“開放”的含義。
　　目前存在著兩種占主導地位的網絡體系結構：一種是國際標準化組織ISO提出的OSI RM(開放式系統互聯參考模型)；另一種是Internet所使用的事實上的工業(yè)標準TCP/IP參考模型。
4. 互聯網絡與高速網絡
　　從20世紀80年代末開始，計算機網絡技術進入新的發(fā)展階段，其特點是：互聯、高速和智能化。其主要表現在以下幾個方面。
　　(1) 發(fā)展了以Internet為代表的互聯網。
　　(2) 發(fā)展高速網絡。1993年，美國政府公布了“國家信息基礎設施”行動計劃(National Information Infrastructure，NII)，即信息高速公路計劃。這里的“信息高速公路”是指數字化大容量光纖通信網絡，用以把政府機構、企業(yè)、大學、科研機構和家庭的計算機聯網。后來，美國政府又分別于1996年和1997年開始研究發(fā)展更加快速可靠的互聯網2(Internet 2)和下一代互聯網(Next Generation Internet)。可以說，網絡互聯和高速計算機網絡正成為最新一代計算機網絡的發(fā)展方向。
　　(3) 研究智能網絡。隨著網絡規(guī)模的增大與網絡服務功能的增多，各國正在開展智能網絡IN(Intelligent Network)的研究，以提高通信網絡開發(fā)業(yè)務的能力，并更加合理地進行各種網絡業(yè)務的管理，真正以分布和開放的形式向用戶提供服務。
　　智能網的概念是美國于1984年提出的，智能網的定義中并沒有人們通常理解的“智能”含義，它僅僅是一種“業(yè)務網”，目的是提高通信網絡開發(fā)業(yè)務的能力。它的出現引起了世界各國電信部門的關注，國際電聯(ITU)在1988年開始將其列為研究課題。1992年，ITU-T正式定義了智能網，制定了一個能快速、方便、靈活、經濟、有效地生成和實現各種新業(yè)務的體系。該體系的目標是應用于所有的通信網絡，即不僅可應用于現有的電話網、N-ISDN網和分組網，同樣適用于移動通信網和B-ISDN網。隨著時間的推移，智能網絡的應用將向更高層次發(fā)展。
　　【例1-1】Internet的前身是__________。
　　A．ARPANet    B．MILNet    C．NSFNet      D．ANSNet
　　本題主要考查Internet的形成及發(fā)展歷史。Internet即因特網，起源于美國，現在已經發(fā)展為世界上最大的國際性計算機互聯網。1969年，美國國防部高級研究計劃局(ARPA)構建了最初的分組交換網ARPANet。1983年ARPANet分解為兩個部分：一部分仍稱作ARPANet，用于進一步的研究工作；另一部分稱為MILNet，用于軍方的通信。1986年，美國國家科學基金會構建了一個與ARPANet互聯的三級計算機網絡NSFNet，NSFNet后來取代了ARPANet，成為Internet的主干網。1990年，NSFNet被由美國高級網絡與服務公司(ANS)創(chuàng)建的主干網ANSNet所取代。因此，Internet最早起源為ARPANet，答案為A。
1.2  計算機網絡的定義
　　早期，人們將分散的計算機、終端及其附屬設備，利用通信介質連接起來，能夠實現相互通信的系統稱為網絡。1970年，在美國信息處理協會召開的春季計算機聯合會議上，計算機網絡被定義為“以能夠共享資源(硬件、軟件和數據等)的方式連接起來，并且各自具備獨立功能的計算機系統之集合”�，F在，對計算機網絡比較通用的定義是：計算機網絡是利用通信設備和通信線路，將地理位置分散的、具有獨立功能的多個計算機系統互聯起來，通過網絡軟件實現網絡中資源共享和數據通信的系統，如圖1-4所示。

圖1-4  計算機網絡系統
　　計算機網絡的定義涉及以下四個要點。
　　(1) 計算機網絡中包含兩臺以上的地理位置不同、具有“自主”功能的計算機。所謂“自主”的含義，是指這些計算機不依賴于網絡也能獨立工作。通常，將具有“自主”功能的計算機稱為主機(Host)，在網絡中也稱為節(jié)點(Node)。網絡中的節(jié)點不僅僅是計算機，還可以是其他通信設備，如Hub、路由器等。
　　(2) 網絡中各節(jié)點之間的連接需要有一條通道，即由傳輸介質實現物理互聯。這條物理通道可以是雙絞線、同軸電纜或光纖等“有線”傳輸介質；也可以是激光、微波或衛(wèi)星等“無線”傳輸介質。
　　(3) 網絡中各節(jié)點之間互相通信或交換信息，需要有某些約定和規(guī)則，這些約定和規(guī)則的集合就是協議，其功能是實現各節(jié)點的邏輯互聯。例如，Internet上使用的通信協議是TCP/IP協議簇。
　　(4) 計算機網絡是以實現數據通信和網絡資源(包括硬件資源和軟件資源)共享為目的。要實現這一目的，網絡中需配備功能完善的網絡軟件，包括網絡通信協議(如TCP/IP、IPX/SPX)和網絡操作系統(如Netware、Windows Server 2000、Linux)。
　　計算機網絡是計算機技術和通信技術相結合的產物，這主要體現在兩個方面：一方面，通信技術為計算機之間的數據傳遞和交換提供了必要的手段；另一方面，計算機技術的發(fā)展?jié)B透到通信技術中，又提高了通信網絡的各種性能。
 知識鏈接：分布式系統定義是：存在著一個能為用戶自動管理資源的網絡操作系統，由它調用完成用戶任務所需要的資源，而整個網絡像一個大的計算機系統一樣對用戶是透明的。
分布式系統有以下5個特征：
(1) 系統中擁有多種通用的物理和邏輯資源，可以動態(tài)地給它們分配任務；
(2) 系統中分散的物理和邏輯資源通過計算機網絡實現信息交換；
(3) 系統存在一個以全局方式管理系統資源的分布式操作系統；
(4) 系統中聯網各計算機既合作又自治；
(5) 系統內部結構對用戶是完全透明的。
計算機網絡和分布式系統的共同點主要表現在：一般的分布式系統是建立在計算機網絡之上的，因此分布式系統與計算機網絡在物理結構上基本相同。
計算機網絡與分布式系統的區(qū)別主要表現在：分布式操作系統與網絡操作系統的設計思想是不同的，因此它們的結構、工作方式與功能也是不同的。
分布式系統與計算機網絡的主要區(qū)別不在它們的物理結構上，而是在高層軟件上。分布式系統是一個建立在網絡之上的軟件系統，這種軟件保證了系統高度的一致性與透明性。分布式系統的用戶不必關心網絡環(huán)境中資源的分布情況，以及聯網計算機的差異，用戶的作業(yè)管理與文件管理過程是透明的。
計算機網絡為分布式系統研究提供了技術基礎，而分布式系統是計算機網絡技術發(fā)展的高級階段。
1.3  計算機網絡的功能
　　計算機網絡能夠迅速發(fā)展，與其提供的強大功能是息息相關的。隨著網絡技術的進一步發(fā)展，人們除了可以利用計算機網絡進行資源共享、數據通信和遠程管理與控制外，還可以進行各種娛樂和商務活動。計算機網絡的功能主要表現在以下幾個方面。
　　(1) 資源共享。
　　資源共享是計算機網絡提供的最重要的功能之一，包括硬件資源和軟件資源共享。計算機網絡可以在整個網絡內提供處理資源、存儲器資源、輸入輸出資源等昂貴設備的共享，如巨型計算機、具有特殊功能的處理部件、高分辨的激光打印機、大型繪圖儀以及大量的外部存儲器等，從而幫助用戶節(jié)約投資，也便于集中管理和均勻分擔負荷。另外，網絡資源還允許互聯網上的用戶遠程訪問大型數據庫，并提供網絡文件傳送服務、遠程進程管理服務和遠程文件訪問服務，從而避免軟件開發(fā)中的重復工作以及資源的重復存儲，也便于集中管理。
　　(2) 數據通信。
　　遠程數據通信是計算機網絡的基本功能。計算機網絡為人們提供了強有力的通信手段。近幾年，隨著網絡技術的發(fā)展，計算機網絡提供的數據通信服務無論在速度還是質量上，都有了明顯的提高。
　　(3) 集中管理和遠程控制。
　　利用計算機網絡可以輕松地在一個地點對分布在不同地點的設備進行管理(集中管理)，還可以對遠地系統進行控制(遠程控制)。
　　(4) 分布式信息處理。
　　假設企業(yè)分布在不同的城市，每個城市都需要計算機處理信息，那么可以通過計算機網絡在不同計算機之間交換數據。
　　(5) 提高計算機系統的可靠性。
　　有了計算機網絡，計算機系統軟件和硬件的可靠性都得到提高，例如，還可以利用多個服務器為用戶提供服務，當某個服務器崩潰時，其他服務器可以繼續(xù)提供服務；也可以將數據存儲在網絡中多個地方，當某個地方不能訪問時，可以方便地從其他地方繼續(xù)訪問。
　　(6) 娛樂和電子商務。
　　網絡游戲和網上購物已經成為人們日常生活的重要組成部分，所產生的新的經濟價值引起各界的關注。
1.4  計算機網絡的組成
　　通常把計算機網絡中的計算機、通信設備等稱為節(jié)點，而連接這些節(jié)點的通信線路稱為鏈路。計算機網絡就是由節(jié)點以及連接節(jié)點的鏈路所組成的。
　　我們知道，通信是計算機網絡最基本的功能，以通信為手段可以訪問網絡上的各種軟件、硬件和信息資源。所以可以把計算機網絡劃分成通信子網和資源子網兩部分，如圖1-5所示。通信子網由通信處理機(Communication Control Processor，CCP)、通信鏈路和其他通信設備組成，其功能是通過通信處理機將資源子網中的計算資源連接起來進行通信。而資源子網可以是一個小規(guī)模的計算機網絡(例如局域網)，也可以是計算機系統、軟件，或者打印機、磁盤等外設。
　　無論是通信子網還是資源子網，均包含一個非常重要的組成部分，即軟件。通常計算機網絡所涉及的軟件有以下一些。
* 網絡協議軟件：通過協議程序控制數據的可靠、正確傳輸，同時對網絡的流量、擁塞等進行控制。該軟件的功能一般由網絡接口卡和網絡操作系統來共同實現。
* 網絡操作系統：對網絡環(huán)境下的系統資源進行調度、分配和有效管理，以實現資源共享。
* 網絡管理和網絡應用軟件：網絡管理軟件對網絡的運行進行監(jiān)視和維護，根據監(jiān)視數據合理配置網絡設備，使網絡系統能夠安全、可靠、高效地運行；網絡應用軟件為用戶提供各種服務，用戶通過這些軟件可以方便地訪問和使用網絡上的各種資源。

圖1-5  計算機網絡組成
1.5  計算機網絡的分類
　　計算機網絡已經被廣泛使用，目前出現了多種形式的計算機網絡，根據不同的網絡分布方式，同一種網絡，我們會得到各種各樣的說法，例如局域網、總線網，或Ethernet(以太網)等。因此，研究網絡的分類有助于我們更好地理解計算機網絡。
1.5.1  按網絡覆蓋的地理范圍分類
　　按照計算機網絡覆蓋的地理范圍對其進行分類，可以很好地反映不同類型網絡的技術特征。由于網絡覆蓋范圍的地理位置不同，所采用的傳輸技術也不相同，因而形成了不同的網絡技術特點和網絡服務功能。按覆蓋范圍的大小，可以把計算機網絡分為廣域網、城域網和局域網。
1. 廣域網
　　廣域網(Wide Area Network，WAN)的作用范圍通常為幾十至幾千千米，現在采用了新技術和新設備，廣域網的主干線路傳輸速率已可達2.5Gbps。廣域網又被稱為遠程網，是可以在任何一個廣闊的地理范圍內進行數據、語音、圖像信號傳輸的通信網。在廣域網上一般連接有數百至數萬臺各種類型的計算機和網絡，并提供廣泛的網絡服務。
　　廣域網是從20世紀60年代開始發(fā)展的，其典型代表是美國國防部的ARPANET網，即現在全世界普遍使用的Internet互聯網。中國公用計算機互聯網(CHINANET)、國家公用信息通信網(又名金橋網，CHINAGBN)、中國教育科研計算機網(CERNET)均是廣域網。
2. 城域網
　　城域網(Metropolitan Area Network，MAN)是介于局域網與廣域網之間的一種高速的網絡，城域網設計的目標是滿足幾十千米范圍內的大量企業(yè)、機關、公司的多個局域網互聯的需求，以實現大量用戶之間的數據、語音、圖形與視頻等多種信息的傳輸功能。
3. 局域網
　　局域網(Local Area Network，LAN)的覆蓋范圍較小，從幾十至幾千米，通信距離一般小于10千米。局域網的特點是組建方便、使用靈活。
　　隨著計算機技術、通信技術和電子集成技術的發(fā)展，現在的局域網可以覆蓋幾十千米的范圍，傳輸速率可以達到10000Mbps，例如Ethernet網絡。
　　局域網按照采用的技術、應用范圍和協議標準的不同，可以分為共享局域網和交換局域網。局域網發(fā)展迅速，應用日益廣泛，是目前計算機網絡中最活躍的分支。
1.5.2  按網絡的拓撲結構分類
　　計算機網絡的通信線路在其布線上有不同的結構形式。在建立計算機網絡時要根據準備聯網計算機的物理位置、鏈路的流量和投入的資金等因素來考慮網絡所采用的布線結構。一般用拓撲方法來研究計算機網絡的布線結構。拓撲(Topology)是拓撲學中研究由點、線組成幾何圖形的一種方法，用此方法可以把計算機網絡看作是由一組節(jié)點和鏈路組成，這些節(jié)點和鏈路所組成的幾何圖形就是網絡的拓撲結構。雖然用拓撲方法可以使復雜的問題簡單化，但網絡拓撲結構設計仍是十分復雜的問題。下面介紹圖1-6所示的幾種網絡拓撲結構形式。 
1. 總線型結構(BUS)
　　總線型拓撲結構網絡采用一般分布式控制方式，各節(jié)點都掛在一條共享的總線上，采用廣播方式進行通信(網上所有節(jié)點都可以接收同一信息)，無須路由選擇功能，如圖1-6(a)所示。
　　總線型拓撲結構主要用于局域網絡。它的特點是安裝簡單，所需通信器材、線纜的成本低，擴展方便；由于采用競爭方式傳送信息，故在重負荷下效率明顯降低；另外總線的某一接頭接觸不良時，會影響到網絡的通信，使整個網絡癱瘓。小型局域網或中大型局域網的主干網常采用總線型拓撲結構，但現在用總線型構建局域網已日漸減少。 
2. 星形結構(Star)
　　星形拓撲結構的網絡采用集中控制方式，每個節(jié)點都有一條唯一的鏈路和中心節(jié)點相連接，節(jié)點之間的通信都要經過中心節(jié)點并由其進行控制，如圖1-6(b)所示。星形拓撲的特點是結構形式和控制方法比較簡單，便于管理和服務；線路總長度較長，中心節(jié)點需要網絡設備(集線器或交換機)，成本較高；每個連接只接一個節(jié)點，所以連接點發(fā)生故障，只影響一個節(jié)點，不會影響整個網絡；但對中心節(jié)點的要求較高，當中心節(jié)點出現故障時會造成全網癱瘓。所以中心節(jié)點的可靠性和冗余度(可擴展端口)要求很高。星形結構是小型局域網常采用的一種拓撲結構。
3. 樹形結構(Tree)
　　樹形結構實際上是星形結構的發(fā)展和擴充，是一種倒樹形的分級結構，具有根節(jié)點和各分支節(jié)點，如圖1-6(c)所示。現在一些局域網絡利用集線器(Hub)或交換機(Switch)將網絡配置成級聯的樹形拓撲結構。樹形網絡的特點是結構比較靈活，易于進行網絡的擴展；與星形拓撲相似，當根節(jié)點出現故障時，會影響到全局。樹形結構是中大型局域網常采用的一種拓撲結構。
4. 環(huán)形結構(Ring)
　　環(huán)形拓撲為一封閉的環(huán)狀，如圖1-6(d)所示。這種拓撲網絡結構采用非集中控制方式，各節(jié)點之間無主從關系。環(huán)中的信息單方向地繞環(huán)傳送，途經環(huán)中的所有節(jié)點并回到始發(fā)節(jié)點。僅當信息中所含的接收方地址與途經節(jié)點的地址相同時，該信息才被接收，否則不予理睬。環(huán)形拓撲的網絡上任一節(jié)點發(fā)出的信息，其他節(jié)點都可以收到，因此它采用的傳輸信道也叫廣播式信道。環(huán)形拓撲網絡的優(yōu)點在于結構比較簡單、安裝方便、傳輸率較高。但單環(huán)結構的可靠性較差，當某一節(jié)點出現故障時，會引起通信中斷。環(huán)形結構是組建大型、高速局域網的主干網常采用的拓撲結構，如光纖主干環(huán)網。
5. 網狀型結構(Mesh)
　　網狀型拓撲實際上是不規(guī)則形式，它主要用于廣域網，如圖1-6(e)所示。網狀型拓撲中兩任意節(jié)點之間的通信線路不是唯一的，若某條通路出現故障或擁擠阻塞時，可繞道其他通路傳輸信息，因此它的可靠性較高，但其成本也較高。此種結構常用于廣域網的主干網中。如我國的教育科研網(CERNET)、公用計算機互聯網(CHINANET)、中國金橋信息網(CHINAGBN)等。
6. 全互聯型結構
　　全互聯型結構如圖1-6(f)所示。這種拓撲的特點是每一個節(jié)點都有一條鏈路與其他節(jié)點相連，所以它的可靠性非常高，但成本太高，除了特殊場合，一般較少使用。

圖1-6  計算機網絡的拓撲結構分類
 注意：在實際組網中，采用的拓撲結構不一定是單一固定的，通常是幾種拓撲結構的混合使用。
　　【例1-2】廣域網中廣泛采用的拓撲結構是__________。
　　A．樹形     B．網狀型    C．星形       D．環(huán)形
　　本題主要考查計算機網絡拓撲的相關知識點。計算機網絡拓撲是應用拓撲學來研究計算機網絡結構，通過抽象將計算機網絡表示成點和線的幾何關系，從而反映出網絡中各實體間的結構關系。網絡拓撲結構是構建計算機網絡的第一步，對整個網絡的設計、性能、可靠性以及通信開銷等方面都有著重要影響。由于廣域網通常是各種形狀的網絡的互聯，形狀不規(guī)則，所以它的拓撲結構也不是很符合規(guī)則的集合形狀，其中網狀型結構居多。答案為B。
1.5.3  按物理結構和傳輸技術分類
　　網絡所采用的傳輸技術決定了網絡的主要技術特點，因此根據網絡所采用的傳輸技術對網絡進行劃分是一種很重要的方法。 
　　在通信技術中，通信信道的類型有兩類：廣播通信信道與點到點通信信道。在廣播通信信道中，多個節(jié)點共享一個通信信道和一個節(jié)點廣播信息，其他節(jié)點必須接收信息。而在點到點通信信道中，一條通信信道只能連接一對節(jié)點，如果兩個節(jié)點之間沒有直接連接線路，那么它們只能通過中間節(jié)點。顯然，網絡要通過通信信道完成數據傳輸任務，因此網絡所采用的傳輸技術也只可能有兩種，即廣播(Broadcast)方式和點到點(Point-to-Point)方式。這樣，相應的計算機網絡也可以分為以下兩類。
* 點到點式網絡(Point-to-Point Network)。
* 廣播式網絡(Broadcast Network)。
1.5.4  按傳輸介質分類
　　傳輸介質就是指用于網絡連接的通信線路。目前常用的傳輸介質有同軸電纜、雙絞線、光纖、衛(wèi)星、微波等有線或無線傳輸介質，相應地可將網絡分為同軸電纜網、雙絞線網、光纖網、衛(wèi)星網和無線網。
1.5.5  按帶寬速率分類 
　　帶寬速率指的是“網絡帶寬”和“傳輸速率”兩個概念。傳輸速率是指每秒傳送的二進制位數，通常使用的計量單位為bps、kbps、Mbps。按網絡帶寬可以分為基帶網(窄帶網)和寬帶網；按傳輸速率可以分為低速網、中速網和高速網。一般來講，高速網是寬帶網，低速網是窄帶網。
1.5.6  按網絡的交換方式分類
　　按交換方式來分類，計算機網絡可以分為電路交換網、報文交換網和分組交換網三種。電路交換(Circuit Switching)方式類似于傳統的電話交換方式，用戶在開始通信前，必須申請建立一條從發(fā)送端到接收端的物理信道，并且在雙方通信期間始終占用該信道。報文交換(Message Switching)方式的數據單元是要發(fā)送的一個完整報文，其長度并無限制。報文交換采用存儲轉發(fā)原理，這有點像古代的郵政通信，郵件由途中的驛站逐個存儲轉發(fā)一樣。報文中含有目的地址，每個中間節(jié)點要為途經的報文選擇適當的路徑，使其能最終到達目的端。
　　分組交換(Packet Switching)方式也稱包交換方式，1969年首次在ARPANET上使用，現在人們都公認ARPANET是分組交換網之父，并將分組交換網的出現作為計算機網絡新時代的開始。采用分組交換方式通信前，發(fā)送端先將數據劃分為一個個等長的單位(即分組)，這些分組每個都是由各中間節(jié)點采用存儲轉發(fā)方式進行傳輸，最終到達目的端。由于分組長度有限，可以在中間節(jié)點機的內存中進行存儲處理，其轉發(fā)速度大大提高。
1.6  計算機網絡的應用
　　計算機網絡在資源共享和信息交換方面所具有的功能，是其他系統所不能替代的。計算機網絡所具有的高可靠性、高性能價格比和易擴充性等優(yōu)點，使得它在工?業(yè)、農業(yè)、交通運輸、郵電通信、文化教育、商業(yè)、國防以及科學研究等各個領域、各個行業(yè)獲得了越來越廣泛的應用。我國有關部門也已制訂了“金橋”、“金關”和“金卡”三大工程，以及其他的一些“金”字號工程，這些工程都是以計算機網絡為基礎設施，為促使國民經濟早日實現信息化的主干工程。這也是計算機網絡的具體應用。計算機網絡的應用范圍實在太廣泛，本節(jié)僅能涉及一些帶有普遍意義和典型意義的應用領域。??
1. 辦公自動化OA(Office?Automation)?? 
　　辦公自動化系統，按計算機系統結構來看是一個計算機網絡，每個辦公室相當于一個工作站。它集計算機技術、數據庫、局域網、遠距離通信技術以及人工智能、聲音、圖像、文字處理技術等綜合應用技術之大成，是一種全新的信息處理方式。辦公自動化系統的核心是通信，其所提供的通信手段主要為數據/聲音的綜合服務、可視會議服務和電子郵件服務。?? 
2. 電子數據交換EDI(Electronic?Data?Interchange)?? 
　　電子數據交換，是將貿易、運輸、保險、銀行、海關等行業(yè)信息用一種國際公認的標準格式，通過計算機網絡通信，實現各企業(yè)之間的數據交換，并完成以貿易為中心的業(yè)務全過程。EDI在發(fā)達國家的應用已很廣泛，我國的“金關”工程就是以EDI作為通信平臺的。??
3. 遠程交換(Telecommuting)?? 
　　遠程交換是一種在線服務(Online?Serving)系統，原指在工作人員與其辦公室之間的計算機通信形式，按通俗的說法即為家庭辦公。一個公司內本部與子公司辦公室之間也可通過遠程交換系統，實現分布式辦公系統。遠程交換的作用也不僅僅是工作場地的轉移，它大大加強了企業(yè)的活力與快速反應能力。近年來各大企業(yè)的本部，紛紛采用一種被稱為“虛擬辦公室”(Virtual?Office)的技術，創(chuàng)造出一種全新的商業(yè)環(huán)境與空間。遠程交換技術的發(fā)展，對世界的整個經濟運作規(guī)則產生了巨大的影響。??
4. 遠程教育(Distance?Education)?? 
　　遠程教育是一種利用在線服務系統，開展學歷或非學歷教育的全新的教學模式。遠程教育幾乎可以提供大學中所有的課程，學員們通過遠程教育，同樣可得到正規(guī)大學從學士到博士的所有學位。這種教育方式，對于已從事工作而仍想完成高學位的人士特別有吸引力。遠程教育的基礎設施是電子大學網絡EUN(Electronic?University?Network)。EUN的主要作用是向學員提供課程軟件及主機系統的使用，支持學員完成在線課程，并負責行政管理、協作合同等。這里所指的軟件除系統軟件之外，還包括CAI課件，即計算機輔助教學(Computer?Aided?Instruction)軟件。CAI課件一般采用對話和引導式的方式指導學生學習，發(fā)現學生錯誤還具有回溯功能，從本質上解決了學生學習中的困難。?? 
5. 電子銀行?? 
　　電子銀行也是一種在線服務系統，是一種由銀行提供的基于計算機和計算機網絡的新型金融服務系統。電子銀行的功能包括金融交易卡服務、自動存取款作業(yè)、銷售點自動轉賬服務、電子匯款與清算等，其核心為金融交易卡服務。金融交易卡的誕生，標志了人類交換方式從交換、貨幣交換到信息交換的又一次飛?躍。圍繞金融交易卡服務，產生了自動存取款服務，自動取款機(CD)及自動存取款機(ATM)也應運而生。自動取款機與自動存取款機大多采用聯網方式工?作，現已由原來的一行聯網發(fā)展到多行聯網，形成覆蓋整個城市、地區(qū)，甚至全國的網絡，全球性國際金融網絡也正在建設之中。電子匯款與清算系統可以提供客戶轉賬、銀行轉賬、外幣兌換、托收、押匯信用證、行間證券交易、市場查證、借貸通知書、財務報表、資產負債表、資金調撥及清算處理等金融通信服務。由于大型零售商店等消費場所采用了終端收款機(POS)，從而使商場內部的資金即時清算成為現實。銷售點的電子資金轉賬是?POS與銀行計算機系統聯網而成的。??
　　當前電子銀行服務又出現了智能卡(IC)。IC卡內裝有微處理器、存儲器及輸入輸出接口，實際上是一臺不帶電源的微型電子計算機。由于采用IC卡，持卡人的安全性和方便性大大提高了。??
6. 電子公告板系統BBS(Bulletin?Board?System)?? 
　　電子公告板是一種發(fā)布并交換信息的在線服務系統。BBS可以使更多的用戶通過電話線以簡單的終端形式實現互聯，從而得到廉價的豐富信息，并為其會員提供網上交談、發(fā)布消息、討論問題、傳送文件、學習交流和游戲等的機會和空間。??
7. 證券及期貨交易?? 
　　證券及期貨交易由于其獲利巨大、風險巨大，且行情變化迅速，投資者對信息的依賴格外顯得重要。金融業(yè)通過在線服務計算機網絡提供證券市場分析、預測、金融管理、投資計劃等需要大量計算工作的服務，也提供在線股票經紀人服務和在線數據庫服務(包括最新股價數據庫、歷史股價數據庫、股指數據庫以及有關新聞、文章、股評等)。??
8. 廣播分組交換?? 
　　廣播分組交換實際上是由一種無線廣播與在線系統結合的特殊服務，該系統使用戶在任何地點都可使用在線服務系統。廣播分組交換可提供電子郵件、新聞、文件等傳送服務，無線廣播與在線系統通過調制解調器，再通過電話局可以結合在一起。移動式電話也屬于廣播系統。??
9. 校園網(Campus?Network)?? 
　　校園網是在大學校園區(qū)內用以完成大中型計算機資源及其他網內資源共享的通信網絡。一些發(fā)達國家已將校園網確定為信息高速公路的主要分支。無論在國內還是國外，校園網的存在與否，是衡量該院校學術水平與管理水平的重要標志，也是提高學校教學、科研水平不可或缺的重要支撐環(huán)節(jié)。共享資源是校園網最基本的應用，人們通過網絡更有效地共享各種軟硬件及信息資源，為眾多的科研人員提供一種嶄新的合作環(huán)境。校園網可以提供異型機聯網的公共計算環(huán)境、海量的用戶文件存儲空間、昂貴的打印輸出設備、能方便獲取的圖文并茂的電子圖書信息，以及為各級行政人員服務的行政信息管理系統和為一般用戶服務的電子郵件系統。??
10. 信息高速公路?? 
　　如同現代信息高速公路的結構一樣，信息高路公路也分為主干、分支及樹葉。圖像、聲音、文字轉化為數字信號在光纖主干線上傳送，由交換技術再送到電話線或電纜分支線上，最終送到具體的用戶“樹葉”。主干部分由光纖及其附屬設備組成，是信息高速公路的骨架。我國政府也十分重視信息化事業(yè)，為了促進國家經濟信息化，提出了“金橋”工程——國家公用經濟信息網工程、“金關”工程——外貿專用網工程、“金卡”工程——電子貨幣工程。這些工程是規(guī)模宏大的系統工程，其中的“金橋”工程是國民經濟的基礎設施，也是其他“金”字系列工程的基礎�！敖饦颉惫こ贪�含信息源、信息通道和信息處理三個組成部分，通過衛(wèi)星網與地面光纖網開發(fā)，并利用國家及各部委、大中型企業(yè)的信息資源為經濟建設服務。“金卡”工程是在金橋網上運行的重要業(yè)務系統之一，主要包括電子銀行及信用卡等內容�！敖鹂ā惫こ逃址Q為無紙化貿易工程，其主要實現手段為EDI，它以網絡通信和計算機管理系統為支撐，以標準化的電子數據交換替代了傳統的紙面貿易文件和單證。其他的一些“金”字系列工程，如“金稅”工程、“金智”工程、“金盾”工程等亦在籌劃與運作之中。這些重大信息工程的全面實施，在國內外引起了強烈反響，開創(chuàng)了我國信息化建設事業(yè)的新紀元。??
11. 企業(yè)網絡?? 
　　集散系統和計算機集成制造系統是兩種典型的企業(yè)網絡系統。集散系統實質上是一種分散型自動化系統，又稱作以微處理機為基礎的分散綜合自動化系統。集散系統具有分散監(jiān)控和集中綜合管理兩方面的特征，而更將“集”字放在首位，更注重于全系統信息的綜合管理。20世紀80年代以來，集散系統逐漸取代常規(guī)儀表，成為工業(yè)自動化的主流。工業(yè)自動化不僅體現在工業(yè)現場，也體現在企業(yè)事務行政管理上。集散系統的發(fā)展及工業(yè)自動化的需求，導致了一個更龐大、更完善的計算機集成制造系統CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的誕生。集散系統一般分為3級：過程級、監(jiān)控級和管理信息級。
　　監(jiān)測單元、過程控制單元、圖文操作站及主機(上位機)集成在一起的系統，它采用了局域網技術，將多個過程監(jiān)控、操作站和上位機互聯在一起，使通信功能增強，信息傳輸速度加快，吞吐量加大，為信息的綜合管理提供了基礎。因為CIMS具有提高生產率、縮短生產周期等一系列極具吸引力的優(yōu)點，所以已經成為未來工廠自動化的方向。?? 
12. 智能大廈和結構化綜合布線系統?? 
　　智能大廈(Intelligent?Building)是近十年來新興的高技術建筑形式，它集計算機技術、通信技術、人類工程學、樓宇控制、樓宇設施管理為一體，使大樓具有高度的適應性(柔性)，以適應各種不同環(huán)境與不同客戶的需要。智能大廈是以信息技術為主要支撐的，這也是其具有“智能”之名稱的由來。有人認為具有3A的大廈，可視為智能大廈。所謂3A就是CA(通信自動化)、OA(辦公自動化)和BA(樓宇自動化)。概括起來，可以認為智能大廈除有傳統大廈功能之外，主要必須具備下列基本構成要素：高舒適的工程環(huán)境、高效率的管理信息系統和辦公自動化系統、先進的計算機網絡和遠距離通信網絡及樓宇自動化。
　　智能大廈及計算機網絡的信息基礎設施是結構化綜合布線系統SCS(Structure Cabling System)。在建設計算機網絡系統時，布線系統是整個計算機網絡系統設計中不可分割的一部分，它關系到日后網絡的性能、投資效益、實際使用效果以及日常維護工作。結構化布線系統是指在一個樓宇或樓群中的通信傳輸網絡能連接所有的話音、數字設備，并將它們與交換系統相連，構成一個統一、開放的結構化布線系統。在綜合布線系統中，設備的增減、工位的變動，僅需通過跳線簡單插拔即可，而不必變動布線本身，從而大大方便了管理、使用和維護。
1.7  計算機網絡發(fā)展前景
　　Internet?應用已從局域網發(fā)展到網上證券交易、電子商務、E-mail、多媒體通信、各種信息服務等各項增值業(yè)務。尤其是近年來，移動通信的火爆、移動Internet的興起、WAP手機的出現進一步推動Internet的發(fā)展。Internet正以其獨特的優(yōu)點帶來更多的應用。
　　在中國，“三網”融合成為國家的戰(zhàn)略方針�！叭�網”融合是指電信網、計算機網和有線電視網三大網絡通過技術改造，能夠提供包括語音、數據、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務�！叭�合”是一種廣義的、社會化的說法，在現階段它是指在信息傳遞中，把廣播傳輸中的“點”對“面”，通信傳輸中的“點”對“點”，計算機中的存儲時移融合在一起，更好為人類服務，并不意味著電信網、計算機網和有線電視網三大網絡的物理合一，而主要是指高層業(yè)務應用的融合�！叭�網”融合后，民眾可用電視遙控器打電話，在手機上看電視劇，隨需選擇網絡和終端，只要拉一條線、或無線接入即完成通信、電視、上網等。在未來，Internet必將會有更大的發(fā)展空間。具體表現在以下幾個方面。?
1. 互聯網的用戶數量將進一步增加
　　目前全球互聯網用戶總量已經達到17億左右，相比之下，全球的總人口數則為67億。很顯然，2020年以前會有更多的人投身到互聯網中。據國家科學基金會(National?Science?Foundation)預測，2020年前全球互聯網用戶將增加到50億。這樣，互聯網規(guī)模的進一步擴大便將成為人們構建下一代互聯網架構的主要考慮因素之一。?
2. 互聯網在全球的分布狀況將日趨分散
　　在未來，互聯網發(fā)展最快的地區(qū)將會是發(fā)展中國家。據互聯網世界(Internet?World)的統計數據：目前互聯網普及率最低的是非洲地區(qū)，僅6.8%；其次是亞洲(19.4%)和中東地區(qū)(28.3%)；相比之下，北美地區(qū)的普及率則達到了74.2%。這表明未來互聯網將在地球上的更多地區(qū)發(fā)展壯大，而且所支持的語種也將更為豐富。?
3. 電子計算機將不再是互聯網的中心設備? 
　　未來的互聯網將擺脫目前以電腦為中心的形象，越來越多的城市基礎設施等設備將被連接到互聯網上。同時據國家科學基金會預計，未來會有數十億個安裝在樓宇建筑，橋梁等設施內部的傳感器將會被連接到互聯網上，人們將使用這些傳感器來監(jiān)控電力運行和安保狀況等。到2020年以前，預計被連接到互聯網上的這些傳感器的數量將遠遠超過用戶的數量。
4. 互聯網的數據傳輸量將增加到Exabyte，乃至Zettabytes級別
　　由于高清視頻/圖片的日益流行，互聯網上傳輸的數據量最近幾年出現了飛速增長。據思科公司估計，2014年至2019年的全球移動互聯網流量將會增長10倍，每月達到24.3EB(1EB=10億GB)，不少在線視頻網站的流行程度還會進一步增加。為此，研究人員已經開始考慮將互聯網應用轉為以多媒體內容傳輸為中心，而不再僅僅是一個簡單的數據傳輸網絡。
5. 無線化
　　隨著4G技術的推廣，無線應用日漸豐富，無線終端設備也層出不窮，對于無線網絡，尤其是基于802.11技術標準的Wi-Fi無線網絡，在802.11n產品技術應用逐漸成為市場主流應用的當下，基于Wi-Fi技術的無線網絡不但在帶寬、覆蓋范圍等技術上均取得了極大提升，同時在應用上，基于Wi-Fi無線應用也已從當初“隨時、隨地、隨心所欲地接入”服務轉變成車載無線、無線語音、無線視頻、無線校園、無線醫(yī)療、無線城市、無線定位等諸多豐富的無線應用。
6. 更多基于云技術的服務項目
　　互聯網專家們均認為未來的計算服務將等多地通過云計算的形式提供。據最近?Telecom?Trends?International的研究報告表明，2015年前云計算服務帶來的營收將達到455億美元。國家科學基金會也在鼓勵科學家們研制出更多有利于實現云計算服務的互聯網技術，他們同時還在鼓勵科學家們開發(fā)出如何縮短云計算服務的延遲，并提高云計算服務的計算性能的技術。
7. 互聯網將更為節(jié)能環(huán)保
　　在互聯網、大數據、云計算等科技不斷發(fā)展的背景下，對能源用戶、節(jié)能產品、以及企業(yè)價值鏈進行重新審視的思考方式，將成為節(jié)能商業(yè)思維的起點，即節(jié)能互聯網思維。目前的互聯網技術在能量消耗方面并不理想，未來的互聯網技術必須在能效性方面有所突破。
　　互聯網將把節(jié)能低碳產業(yè)帶入消費大時代，通過線上匯聚各類參與者的有效需求，匹配、促進各類需求在線下得到滿足。它的核心是攜聚合優(yōu)勢集中釋放，深度影響節(jié)能產業(yè)的各個環(huán)節(jié)，在提高運營效率的同時，最終實現經濟效益與環(huán)境效益的協同發(fā)展。
8. 互聯網的網絡管理將更加自動化
　　除了安全方面的漏洞之外，目前的互聯網技術最大的不足便是缺乏一套內建的網絡管理技術。國家科學基金會希望科學家們能夠開發(fā)出可以自動管理互聯網的技術，比如自診斷協議，自動重啟系統技術，更精細的網絡數據采集，網絡事件跟蹤技術等等。?
9. 互聯網技術對網絡信號質量的要求將降低
　　隨著越來越多無線網用戶和偏遠地區(qū)用戶的加入，互聯網的基礎架構也將發(fā)生變化，將不再采取用戶必須隨時與網絡保持連接狀態(tài)的設定。相反，許多研究者已經開始研究允許網絡延遲較大或可以利用其它用戶將數據傳輸到某位用戶那里的互聯網技術，這種技術對移動互聯網的意義尤其重大。部分研究者們甚至已經開始研究可用于在行星之間互傳網絡信號的技術，而高延遲互聯網技術則正好可以發(fā)揮其威力。?
10. IPv6和網絡融合使網絡娛樂產業(yè)迅猛發(fā)展? ?
　　IPv6在未來幾年的實現，使電視機網絡娛樂成為可能。IPv6使得IP資源極大豐富，每個電視機終端都將獲得獨立的IP地址進行管理，即使廣電網具備了和互聯網完全整合的技術基礎，也使即便廣電網不進行技術連接，也可以在網內運營基于IP技術的應用服務。作為家庭中最重要甚至是唯一的娛樂終端，這一龐大的娛樂產業(yè)目前幾乎完全空白。
　　然而Internet也有其固有的缺點，如網絡無整體規(guī)劃和設計，網絡拓撲結構不清晰以及容錯和可靠性能的缺乏，而這些對于商業(yè)領域的不少應用是至關重要的。安全性問題是困擾Internet用戶發(fā)展的另一主要因素。雖然現在已有很多方案和協議來確保Internet網上的聯機商業(yè)交易的可靠進行，但真正適用并將主宰市場的技術和產品目前尚不明確。另外，Internet是一個無中心的網絡。所有這些問題都在一定程度上阻礙了Internet的發(fā)展，只有解決了這些問題，Internet才能更好地發(fā)展。
1.8  本 章 小 結
　　本章通過介紹計算機網絡的定義和發(fā)展歷程，使大家了解了網絡的基本概況并掌握了網絡的實質——資源共享。在此基礎上，詳細闡述了網絡的功能和組成，并對網絡的未來發(fā)展趨勢作了簡單介紹，讓大家更進一步地了解網絡。
1.9  本 章 習 題
一、選擇題
　　1.一座建筑物內的幾個辦公室要實現聯網，應該選擇的方案屬于(    )。???
A．PAN      B．LAN???     C．MAN?????   D．WAN?
　　2.廣域網覆蓋的地理范圍從幾十到幾千千米，它的通信子網主要使用(    )。
A．報文交換技術   B．分組交換技術   C．文件交換技術   D．電路交換技術
　　3.計算機網絡的主要功能有(    )、數據傳輸和進行分布處理。?????
A．資源共享????B．提高計算機可靠性    
C．共享數據庫?????D．使用服務器硬盤
　　4.(    )物理拓撲將工作站連接到一臺中央設備。??
A．總線??B．環(huán)形??C．星形??D．樹形
　　5.計算機網絡的拓撲結構是指(    )。?
A．計算機網絡的物理連接形式  B．計算機網絡的協議集合    ?
C．計算機網絡的體系結構       D．計算機網絡的物理組成
二、填空題
　　1.計算機網絡發(fā)展經歷了_______________、______________、_______________、___________________四個階段。
　　2.計算機網絡按作用范圍(距離)可分為________________、_________________和________________。
　　3.常見的網絡拓撲結構主要有________________、________________、________________。
三、問答題
　　1.什么是計算機網絡？
　　2.簡述計算機網絡的發(fā)展歷程。
　　3.簡述計算機網絡的分類。
　　4.簡述計算機網絡的應用。