第1章  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擴(kuò)展到日常生活的各個(gè)層面，時(shí)刻影響著人們的行為方式。無論在家里、單位，還是在路上，人們都離不開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)已成為生活和工作中重要的組成部分。網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的發(fā)展讓這個(gè)數(shù)字化的世界變得越來越豐富。

從某種意義上來說，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展水平不僅反映出一個(gè)國(guó)家計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的水平，而且已成為衡量國(guó)家綜合實(shí)力乃至現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一。

1.1  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是將若干臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)通過傳輸介質(zhì)相互物理地連接，并通過網(wǎng)絡(luò)軟件邏輯地相互聯(lián)系到一起而實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享、協(xié)同工作和在線處理等功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它給人們的生活帶來了極大的便利，如辦公自動(dòng)化、網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上訂票、網(wǎng)上查詢、網(wǎng)上購(gòu)物等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不僅可以傳輸數(shù)據(jù)，也可以傳輸圖像、聲音、視頻等多種媒體形式的信息，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不僅廣泛應(yīng)用于政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、科學(xué)等領(lǐng)域，而且已應(yīng)用于社會(huì)生活的方方面面。

1.1.1  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(Computer Network)是利用通信線路和通信設(shè)備，把分布在不同地理位置的具有獨(dú)立功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)、終端及其附屬設(shè)備互相連接，按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，利用功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)現(xiàn)資源共享的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的集合。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間可以方便地互相傳遞信息，因此，資源共享是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征。用戶能夠通過網(wǎng)絡(luò)來共享軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源。

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以提供多媒體信息服務(wù)，如圖像、語(yǔ)音、視頻、動(dòng)畫等。各種新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也不斷出現(xiàn)，如視頻點(diǎn)播VOD(Video On Demand)、網(wǎng)上交易(E-Marketing)、視頻會(huì)議(Video Meeting)等。

1.1.2  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變

進(jìn)入21世紀(jì)以來，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)獲得了飛速的發(fā)展�；仡�20世紀(jì)90年代，在我國(guó)還很少有人接觸網(wǎng)絡(luò)。而現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和Internet已成為我們?nèi)粘Ｉ�活的一部分。網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于工商業(yè)的各個(gè)方面，包括電子銀行、電子商務(wù)、現(xiàn)代化的企業(yè)管理、信息服務(wù)業(yè)等，都以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)。從學(xué)校遠(yuǎn)程教育到政府日常辦公，乃至現(xiàn)在的電子社區(qū)，很多方面都離不開網(wǎng)絡(luò)技術(shù)�？梢院敛豢鋸埖卣f，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)今世界無處不在。

20世紀(jì)50年代中期，美國(guó)半自動(dòng)地面防空系統(tǒng)(Semi-AutomaticGround Environment，SAGE)開始了計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的嘗試，在SAGE系統(tǒng)中，把遠(yuǎn)程的雷達(dá)和其他測(cè)控設(shè)備的信息經(jīng)由線路匯集至一臺(tái)IBM計(jì)算機(jī)上進(jìn)行集中處理與控制。

世界上公認(rèn)的、成功的第一個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是在1969年由美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃署(Advanced ResearchProjects Agency，ARPA)組織研制成功的。該網(wǎng)絡(luò)被稱為ARPAnet，它是Internet的前身。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大致可以劃分為以下4個(gè)階段。

1.  誕生階段

20世紀(jì)60年代中期之前的第一代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是以單臺(tái)計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。典型應(yīng)用是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)和全美范圍內(nèi)2000多個(gè)終端組成的飛機(jī)訂票系統(tǒng)。終端是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，包括顯示器和鍵盤，無CPU和內(nèi)存。隨著遠(yuǎn)程終端的增多，為了減輕中心計(jì)算機(jī)的負(fù)載，在通信線路和計(jì)算機(jī)之間設(shè)置了一個(gè)前置處理機(jī)(Front End Processor，F(xiàn)EP)或通信控制處理機(jī)(Communication ControlProcessor，CCP)，專門負(fù)責(zé)與終端之間的通信控制，使數(shù)據(jù)處理和通信控制分開。在終端機(jī)較為集中的地區(qū)，采用了集中管理器(集中器或多路復(fù)用器)，用低速線路把附近群集的終端連起來，通過Modem及高速線路與遠(yuǎn)程中心計(jì)算機(jī)的前端機(jī)相連。這樣的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，既提高了線路的利用率，又節(jié)約了遠(yuǎn)程線路的投資。

當(dāng)時(shí)，人們把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)定義為：以傳輸信息為目的而連接起來的、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息處理或進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源共享的系統(tǒng)。這樣的通信系統(tǒng)已經(jīng)具備了網(wǎng)絡(luò)的雛形。

2.  形成階段

20世紀(jì)60年代中期至70年代的第二代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是以多臺(tái)主機(jī)通過通信線路互連起來的，為用戶提供服務(wù)，典型的代表是美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局協(xié)助開發(fā)的ARPAnet。主機(jī)之間不是直接用線路相連，而是由接口報(bào)文處理機(jī)(InterfaceMessage Processor，IMP)轉(zhuǎn)接后互連。IMP和它們之間互連的通信線路一起負(fù)責(zé)主機(jī)間的通信服務(wù)，構(gòu)成了通信子網(wǎng)。通信子網(wǎng)互連的主機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)行程序，提供資源共享，組成了資源子網(wǎng)。這個(gè)時(shí)期，網(wǎng)絡(luò)的概念為：以能夠相互共享資源為目的互連起來的，具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)的集合體。這就形成了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念。

3.  互連互通階段

20世紀(jì)70年代末至90年代的第三代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是具有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開放式和標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)。ARPAnet興起后，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，各大計(jì)算機(jī)公司相繼推出了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)的軟硬件產(chǎn)品。由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠商的產(chǎn)品之間互連很困難，人們迫切需要一種開放性的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在這種情況下，兩種國(guó)際通用的最重要的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，即TCP/IP體系結(jié)構(gòu)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的OSI體系結(jié)構(gòu)。

4.  高速網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)階段

20世紀(jì)90年代末至今的第四代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，是隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展出現(xiàn)的高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如千兆網(wǎng)、萬兆網(wǎng)、3G乃至4G網(wǎng)絡(luò)，并且網(wǎng)絡(luò)功能向綜合化方向發(fā)展，支持多種媒體信息傳輸，并且速度越來越快。

1.1.3  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最主要的功能，是資源共享和通信，除此之外，還有負(fù)荷均衡、分布處理和提高系統(tǒng)安全與可靠性等功能。其基本功能表現(xiàn)如下。

1.  軟、硬件共享

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)允許網(wǎng)絡(luò)上的用戶共享網(wǎng)絡(luò)上各種不同類型的硬件設(shè)備，可共享的硬件資源有：高性能計(jì)算機(jī)、大容量存儲(chǔ)器、打印機(jī)、圖形設(shè)備、通信線路、通信設(shè)備等。共享硬件的好處是提高硬件資源的使用效率、節(jié)約開支。

現(xiàn)在已經(jīng)有許多專供網(wǎng)上使用的軟件，如數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、各種Internet信息服務(wù)軟件等。共享的軟件允許多個(gè)用戶同時(shí)使用，并能保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性和一致性。特別是伴隨客戶機(jī)/服務(wù)器(Client/Server，C/S)和瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)模式的出現(xiàn)，人們可以使用客戶機(jī)來訪問服務(wù)器，而服務(wù)器軟件是共享的。在B/S方式下，軟件版本的升級(jí)修改，只要在服務(wù)器上進(jìn)行，全網(wǎng)用戶可立即享受�？晒蚕淼能浖�種類很多，包括大型專用軟件、各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件、各種信息服務(wù)軟件等。

2.  信息共享

信息也是一種資源，Internet就是一個(gè)巨大的信息資源寶庫(kù)，其上有極為豐富的信息，它像是一個(gè)信息的海洋，有取之不盡、用之不竭的信息和數(shù)據(jù)。每一個(gè)接入Internet的用戶都可以共享這些信息資源�？晒蚕淼男畔①Y源有：搜索與查詢的信息，Web服務(wù)器上的主頁(yè)及各種鏈接，F(xiàn)TP服務(wù)器中的軟件，各種各樣的電子出版物，網(wǎng)上消息、報(bào)告和廣告，網(wǎng)上大學(xué)，網(wǎng)上圖書館等。

3.  通信

通信是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本功能之一，它可以為網(wǎng)絡(luò)用戶提供強(qiáng)有力的通信手段。建設(shè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要目的，就是讓分布在不同地理位置的計(jì)算機(jī)用戶能夠相互通信、交流信息。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以傳輸數(shù)據(jù)以及聲音、圖像、視頻等多媒體信息。利用網(wǎng)絡(luò)的通信功能，可以發(fā)送電子郵件、打電話、在網(wǎng)上舉行視頻會(huì)議等。

4.  負(fù)荷均衡與分布處理

負(fù)荷均衡是指將網(wǎng)絡(luò)中的工作負(fù)荷均勻地分配給網(wǎng)絡(luò)中的各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上某臺(tái)主機(jī)的負(fù)載過重時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)和一些應(yīng)用程序的控制及管理，可以將任務(wù)交給網(wǎng)絡(luò)上其他的計(jì)算機(jī)去處理，充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上各主機(jī)的作用。分布處理將一個(gè)作業(yè)的處理分為三個(gè)階段：提供作業(yè)文件、對(duì)作業(yè)進(jìn)行加工處理、把處理結(jié)果輸出。在單機(jī)環(huán)境下，上述三步都在本地計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，根據(jù)分布處理的需求，可將作業(yè)分配給其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，以提高系統(tǒng)的處理能力，高效地實(shí)現(xiàn)一些大型應(yīng)用系統(tǒng)的程序計(jì)算以及大型數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問等。

5.  系統(tǒng)的安全與可靠性

系統(tǒng)的可靠性對(duì)于軍事、金融和工業(yè)過程控制等領(lǐng)域的應(yīng)用特別重要。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)中的冗余部件，能夠大大提高可靠性。例如，在工作過程中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)出了故障，可以使用網(wǎng)絡(luò)中的另一臺(tái)計(jì)算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)中一條通信線路出了故障，可以取道另一條線路，從而提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的整體可靠性。

1.1.4  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本應(yīng)用

隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化進(jìn)程的推進(jìn)，通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用變得越來越普及，幾乎深入到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。

1.  在教育、科研中的應(yīng)用

通過全球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，科技人員可以在網(wǎng)上查詢各種文件和資料，可以互相交流學(xué)術(shù)思想和交換實(shí)驗(yàn)資料，甚至可以在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行國(guó)際合作研究項(xiàng)目。在教育方面，可以開設(shè)網(wǎng)上學(xué)校，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程授課，學(xué)生可以在家里或其他可以將計(jì)算機(jī)接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的地方，利用多媒體交互功能聽課，有什么不懂的問題，可以隨時(shí)提問和討論。學(xué)生可以從網(wǎng)上獲得學(xué)習(xí)參考資料，并且可通過網(wǎng)絡(luò)交作業(yè)和參加考試。

2.  在辦公中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以使單位內(nèi)部實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)軟、硬件資源共享。如果將單位內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)接入Internet，還可以實(shí)現(xiàn)異地辦公。如通過WWW或電子郵件，公司可以很方便地與分布在不同地區(qū)的子公司或其他業(yè)務(wù)單位建立聯(lián)系，及時(shí)地交換信息。在外地的員工通過網(wǎng)絡(luò)還可以與公司保持通信，得到公司的指示和幫助。企業(yè)可以通過Internet搜集市場(chǎng)信息，并發(fā)布企業(yè)產(chǎn)品信息。

3.  在商業(yè)上的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，電子數(shù)據(jù)交換(Electronic DataInterchange，EDI)已成為國(guó)際貿(mào)易往來的一個(gè)重要手段，它以一種被認(rèn)可的數(shù)據(jù)格式，使分布在全球各地的貿(mào)易伙伴可以通過計(jì)算機(jī)傳輸各種貿(mào)易單據(jù)，代替了傳統(tǒng)的貿(mào)易單據(jù)，節(jié)省了大量的人力和物力，提高了效率。通過網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上購(gòu)物和網(wǎng)上支付，例如，登錄“當(dāng)當(dāng)”網(wǎng)上書城(www.dangdang.com)購(gòu)買圖書等。

4.  在通信、娛樂上的應(yīng)用

在過去的20世紀(jì)中，個(gè)人之間通信的基本工具是電話，而21世紀(jì)中，個(gè)人之間通信的基本工具是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所提供的通信服務(wù)包括電子郵件、網(wǎng)絡(luò)尋呼與聊天、BBS、網(wǎng)絡(luò)新聞和IP電話等。

目前，電子郵件已廣泛應(yīng)用。Internet上存在著很多的新聞組，參加新聞組的人可以在網(wǎng)上對(duì)某個(gè)感興趣的問題進(jìn)行討論，或是閱讀有關(guān)這方面的資料，這是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中很受歡迎的一種通信方式。

網(wǎng)絡(luò)尋呼不但可以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行尋呼的功能，還可以在網(wǎng)友之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)聊天和文件傳輸?shù)�。IP電話也是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一類典型的個(gè)人通信服務(wù)。

家庭娛樂正在對(duì)信息服務(wù)業(yè)產(chǎn)生著巨大的影響，它可以讓人們?cè)诩依稂c(diǎn)播電影和電視節(jié)目。新的電影可能成為交互式的，觀眾在看電影時(shí)，可以不時(shí)地參與到電影情節(jié)中去。家庭電視也可以成為交互式的，觀眾可以參與到猜謎等活動(dòng)中。

家庭娛樂中最重要的應(yīng)用可能是在游戲上，目前，已經(jīng)有很多人喜歡上玩多人實(shí)時(shí)仿真游戲。如果使用虛擬現(xiàn)實(shí)的頭盔和三維、實(shí)時(shí)、高清晰度的圖像，我們就可以共享虛擬現(xiàn)實(shí)的很多游戲和進(jìn)行多種訓(xùn)練。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的增加，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的范圍在不斷擴(kuò)大，應(yīng)用領(lǐng)域越來越拓寬，越來越深入，許多新的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)不斷地被開發(fā)出來，如工業(yè)自動(dòng)控制、輔助決策、虛擬大學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、信息管理系統(tǒng)、數(shù)字圖書館、電子博物館、全球情報(bào)檢索與信息查詢、網(wǎng)上購(gòu)物、電子商務(wù)、電視會(huì)議、視頻點(diǎn)播等。

1.2  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成

一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件所組成的。網(wǎng)絡(luò)硬件是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)軟件是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的技術(shù)支持。兩者相互作用，共同完成網(wǎng)絡(luò)的功能。

(1)   網(wǎng)絡(luò)硬件：一般指網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)、傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備等。

(2)   網(wǎng)絡(luò)軟件：一般指網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議等。

1.2.1  網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)硬件系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)(主機(jī)、客戶機(jī)、終端)、通信處理機(jī)(集線器、交換機(jī)、路由器)、通信線路(同軸電纜、雙絞線、光纖)、信息變換設(shè)備(Modem，即編碼解碼器)等構(gòu)成的。

1.  主計(jì)算機(jī)

在一般的局域網(wǎng)中，主機(jī)通常被稱為服務(wù)器，是為客戶提供各種服務(wù)的計(jì)算機(jī)，因此，對(duì)其有一定的技術(shù)指標(biāo)要求，特別是主、輔存儲(chǔ)容量及其處理速度要求較高。根據(jù)服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中所提供的服務(wù)的不同，可將其劃分為文件服務(wù)器、打印服務(wù)器、通信服務(wù)器、域名服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等。

2.  網(wǎng)絡(luò)工作站

除服務(wù)器外，網(wǎng)絡(luò)上的其余計(jì)算機(jī)主要是通過執(zhí)行應(yīng)用程序來完成工作任務(wù)的，我們把這種計(jì)算機(jī)稱為網(wǎng)絡(luò)工作站或網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)，它是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)主要的發(fā)生場(chǎng)所和使用場(chǎng)所，用戶主要是通過使用工作站來利用網(wǎng)絡(luò)資源并完成自己的作業(yè)的。

3.  網(wǎng)絡(luò)終端

網(wǎng)絡(luò)終端是用戶訪問網(wǎng)絡(luò)的界面，它可以通過主機(jī)連入網(wǎng)內(nèi)，也可以通過通信控制處理機(jī)連入網(wǎng)內(nèi)。

4.  通信處理機(jī)

通信處理機(jī)一方面作為資源子網(wǎng)的主機(jī)、終端連接的接口，將主機(jī)和終端連入網(wǎng)內(nèi)；另一方面，它又作為通信子網(wǎng)中分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)，完成分組的接收、校驗(yàn)、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)等功能。

5.  通信線路

通信線路(鏈路)為通信處理機(jī)與通信處理機(jī)、通信處理機(jī)與主機(jī)之間提供通信信道。

6.  信息變換設(shè)備

信息變換設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換，包括調(diào)制解調(diào)器、無線通信接收和發(fā)送器、用于光纖通信的編碼解碼器等。

1.2.2  網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，除了各種網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備外，還必須具有網(wǎng)絡(luò)軟件。

1.  網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)軟件中最主要的軟件，用于實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)之間的用戶通信，以及全網(wǎng)硬件和軟件資源的共享，并向用戶提供統(tǒng)一的、方便的網(wǎng)絡(luò)接口，便于用戶使用網(wǎng)絡(luò)。

目前，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有三大陣營(yíng)：Unix、NetWare和Windows。在我國(guó)，最廣泛使用的是Windows網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

2.  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件是用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能的軟件。

目前，典型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件有TCP/IP協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議、IEEE802標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議系列等。其中，TCP/IP是當(dāng)前異種網(wǎng)絡(luò)互連中應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3.  網(wǎng)絡(luò)管理軟件

網(wǎng)絡(luò)管理軟件是用來對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)的軟件，如性能管理、配置管理、故障管理、計(jì)費(fèi)管理、安全管理、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視與統(tǒng)計(jì)等。

4.  網(wǎng)絡(luò)通信軟件

網(wǎng)絡(luò)通信軟件是用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)備間的通信，使用戶能夠在不必詳細(xì)了解通信控制規(guī)程的情況下，控制應(yīng)用程序與多個(gè)站進(jìn)行通信，并對(duì)大量的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和管理。

5.  網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件是為網(wǎng)絡(luò)用戶提供服務(wù)的，其最重要的特征，是它研究的重點(diǎn)不是網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)本身的功能，而是如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特有的功能。

1.2.3  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)我們組建計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要考慮網(wǎng)絡(luò)的布線方式，這也就涉及到了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的內(nèi)容。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)指網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)線纜，以及其他組件的物理布局。

局域網(wǎng)常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)。

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)影響著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、功能、可靠性和通信費(fèi)用等許多方面，是決定局域網(wǎng)性能優(yōu)劣的重要因素之一。

1.  總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)上的所有計(jì)算機(jī)都通過一條電纜相互連接起來。

總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-1所示。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，總線上任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)在發(fā)送信息時(shí)，其他計(jì)算機(jī)必須等待。而且計(jì)算機(jī)發(fā)送的信息會(huì)沿著總線向兩端擴(kuò)散，從而使網(wǎng)絡(luò)中的所有計(jì)算機(jī)都會(huì)收到這個(gè)信息，但是否接收，還取決于信息的目標(biāo)地址是否與網(wǎng)絡(luò)主機(jī)地址相一致，若一致，則接收；若不一致，則不接收。

圖1-1  總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

信號(hào)反射和終結(jié)器：在總線型網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)會(huì)沿著網(wǎng)線發(fā)送到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)信號(hào)到達(dá)線纜的端點(diǎn)時(shí)，將產(chǎn)生反射信號(hào)，這種發(fā)射信號(hào)會(huì)與后續(xù)信號(hào)發(fā)生沖突，從而使通信中斷。為了防止通信中斷，必須在線纜的兩端安裝終結(jié)器，以吸收端點(diǎn)信號(hào)，防止信號(hào)反彈。

(1)   特點(diǎn)：不需要插入任何其他的連接設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送的信號(hào)都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計(jì)算機(jī)接收。有時(shí)又稱這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

(2)   優(yōu)點(diǎn)：連接簡(jiǎn)單、易于安裝、成本費(fèi)用低。

(3)   缺點(diǎn)：傳送數(shù)據(jù)的速度緩慢，由于共享一條電纜，只能有其中一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，其他的接收信息；維護(hù)困難，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)斷點(diǎn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將癱瘓，而且故障點(diǎn)很難查找。

2.  星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1-2所示。

圖1-2  星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都由一個(gè)單獨(dú)的通信線路連接到中心節(jié)點(diǎn)上。中心節(jié)點(diǎn)控制全網(wǎng)的通信，任何兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信都要通過中心節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)接。因此，中心節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)又稱為集中控制式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是目前使用最普遍的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，處于中心的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以是集線器(Hub)，也可以是交換機(jī)。

(1)   優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)和管理，因?yàn)槠渲心撑_(tái)計(jì)算機(jī)或線纜出現(xiàn)問題時(shí)，不會(huì)影響其他計(jì)算機(jī)的正常通信，維護(hù)比較容易。

(2)   缺點(diǎn)：通信線路專用，電纜成本高；中心節(jié)點(diǎn)是全網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，中心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

3.  環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是以一個(gè)共享的環(huán)型信道連接所有設(shè)備，稱為令牌環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。

圖1-3  環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在環(huán)型拓?fù)渲校�信�?hào)會(huì)沿著環(huán)型信道按一個(gè)方向傳播，并通過每臺(tái)計(jì)算機(jī)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大后，傳給下一臺(tái)計(jì)算機(jī)。同時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中有一種特殊的信號(hào)，稱為令牌，令牌按順時(shí)針方向傳輸。當(dāng)某臺(tái)計(jì)算機(jī)要發(fā)送信息時(shí)，必須先捕獲令牌，再發(fā)送信息，信息發(fā)送后再釋放令牌。

環(huán)型結(jié)構(gòu)有兩種類型，即單環(huán)結(jié)構(gòu)和雙環(huán)結(jié)構(gòu)。令牌環(huán)(Token Ring)是單環(huán)結(jié)構(gòu)的典型代表，光纖分布式數(shù)據(jù)接口(FDDI)是雙環(huán)結(jié)構(gòu)的典型代表。

環(huán)型結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)，是每個(gè)節(jié)點(diǎn)用戶都與兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)用戶相連。

(1)   優(yōu)點(diǎn)：電纜長(zhǎng)度短。環(huán)型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)所需的電纜長(zhǎng)度與總線拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的差不多，但比星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要短得多。

增加或減少工作站時(shí)，只需簡(jiǎn)單地連接，可使用光纖。光纖的傳輸速度很高，十分適合于環(huán)型拓?fù)涞膯蜗騻鬏敚�其傳輸信息的時(shí)間是固定的，從而便于實(shí)時(shí)控制。

(2)   缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)過多時(shí)影響傳輸效率，環(huán)某處斷開會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效，節(jié)點(diǎn)的加入和撤出過程復(fù)雜；檢測(cè)故障困難，因?yàn)椴皇羌�中控制，故障檢測(cè)需在網(wǎng)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，所以故障的檢測(cè)就不是很容易。

4.  樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

樹型結(jié)構(gòu)是星型結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，它由根節(jié)點(diǎn)和分支節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成，如圖1-4所示。

圖1-4  樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

(1)   優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，成本低。擴(kuò)充節(jié)點(diǎn)時(shí)方便靈活。

(2)   缺點(diǎn)：對(duì)根節(jié)點(diǎn)的依賴性大，一旦根節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致全網(wǎng)不能工作；電纜成本高。

5.  網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與混合型結(jié)構(gòu)

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)與通信線路連接成不規(guī)則的形狀，每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少與其他兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相連，或者說，每個(gè)節(jié)點(diǎn)至少有兩條鏈路與其他節(jié)點(diǎn)相連，如圖1-5(a)所示。大型互聯(lián)網(wǎng)一般采用這種結(jié)構(gòu)，如我國(guó)的教育科研網(wǎng)CERNET(b)、Internet的主干網(wǎng)，都采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

(1)   優(yōu)點(diǎn)：可靠性高。因?yàn)橛卸鄺l路徑，所以可以選擇最佳路徑，減少時(shí)延，改善流量分配，提高網(wǎng)絡(luò)性能。適用于大型廣域網(wǎng)。

(2)   缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易管理和維護(hù)；線路成本高。

混合型結(jié)構(gòu)是由以上幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)混合而成的，如環(huán)星型結(jié)構(gòu)，它是令牌環(huán)網(wǎng)和FDDI網(wǎng)常用的結(jié)構(gòu)。再如總線型和星型的混合結(jié)構(gòu)等。

                (a) 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)                     (b)  CERNET主干網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1-5  網(wǎng)狀與混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.3  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，其分類方法有多種。根據(jù)不同的分類原則，可以得到不同類型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

1.3.1  按覆蓋范圍分類

(1)   按網(wǎng)絡(luò)所覆蓋的地理范圍的不同，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)(LAN)、城域網(wǎng)(MAN)、廣域網(wǎng)(WAN)。

①    局域網(wǎng)(Local Area Network，LAN)

局域網(wǎng)是將較小地理區(qū)域內(nèi)的計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接在一起的通信網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍比較小，一般在幾十米到幾千米之間。它常用于組建一個(gè)辦公室、一棟樓、一個(gè)樓群、一個(gè)校園或一個(gè)企業(yè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。局域網(wǎng)主要用于實(shí)現(xiàn)短距離的資源共享。圖1-6給出的是一個(gè)由幾臺(tái)計(jì)算機(jī)和打印機(jī)組成的典型局域網(wǎng)。

圖1-6  局域網(wǎng)

局域網(wǎng)的特點(diǎn)是分布距離近、傳輸速率高、數(shù)據(jù)傳輸可靠等。

②    城域網(wǎng)(Wide Area Network，WAN)

城域網(wǎng)是一種大型的?LAN，它的覆蓋范圍介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間，一般為幾千米至幾萬米，城域網(wǎng)的覆蓋范圍在一個(gè)城市內(nèi)，它將位于一個(gè)城市之內(nèi)不同地點(diǎn)的多個(gè)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)資源共享。城域網(wǎng)所使用的通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能要求比局域網(wǎng)高，以便有效地覆蓋整個(gè)城市的地理范圍。一般在一個(gè)大型城市中，城域網(wǎng)可以將多個(gè)學(xué)校、企事業(yè)單位、公司和醫(yī)院的局域網(wǎng)連接起來，共享資源。圖1-7給出的是由不同建筑物內(nèi)的局域網(wǎng)組成的城域網(wǎng)。

圖1-7  城域網(wǎng)

③    廣域網(wǎng)(Wide Area Network，WAN)

廣域網(wǎng)是在一個(gè)廣闊的地理區(qū)域內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像信息傳輸?shù)挠?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。由于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸�寬有限，因此，廣域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率比局域網(wǎng)要慢得多。廣域網(wǎng)可以覆蓋一個(gè)城市、一個(gè)國(guó)家，甚至于全球。因特網(wǎng)(Internet)是廣域網(wǎng)的一種，但它不是一種具體的、獨(dú)立性的網(wǎng)絡(luò)，它將同類或不同類的物理網(wǎng)絡(luò)(局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和城域網(wǎng))互聯(lián)，并通過高層協(xié)議實(shí)現(xiàn)不同類網(wǎng)絡(luò)間的通信。如圖1-8所示是一個(gè)簡(jiǎn)單的廣域網(wǎng)。

圖1-8  廣域網(wǎng)連接示意

(2)   按照網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)所處的地位的不同，可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為對(duì)等網(wǎng)和基于客戶機(jī)、服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)。

①    對(duì)等網(wǎng)

在對(duì)等網(wǎng)中，所有的計(jì)算機(jī)的地位是平等的，沒有專用的服務(wù)器。每臺(tái)計(jì)算機(jī)既作為服務(wù)器，又作為客戶機(jī)；既為別人提供服務(wù)，也從別人那里獲得服務(wù)。由于對(duì)等網(wǎng)沒有專用的服務(wù)器，所以在管理對(duì)等網(wǎng)時(shí)，只能分別管理，不能統(tǒng)一管理，管理起來很不方便。對(duì)等網(wǎng)一般應(yīng)用于計(jì)算機(jī)較少、安全要求不高的小型局域網(wǎng)。

②    基于客戶機(jī)/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)

在這種網(wǎng)絡(luò)中，有兩種角色的計(jì)算機(jī)，一種是服務(wù)器，一種是客服機(jī)。服務(wù)器一方面負(fù)責(zé)保存網(wǎng)絡(luò)的配置信息，另一方面也負(fù)責(zé)為客戶機(jī)提供各種各樣的服務(wù)。因?yàn)檎麄�(gè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵配置都保存在服務(wù)器中，所以，管理員在管理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只需要修改服務(wù)器的配置，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理了。同時(shí)，客戶機(jī)需要獲得某種服務(wù)時(shí)，會(huì)向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器接到請(qǐng)求后，會(huì)向客戶機(jī)提供相應(yīng)的服務(wù)。服務(wù)器的種類很多，有郵件服務(wù)器、Web服務(wù)器、目錄服務(wù)器等，不同的服務(wù)器可以為客戶提供不同的服務(wù)。我們?cè)跇?gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一般選擇配置較好的計(jì)算機(jī)，在其上安裝相關(guān)服務(wù)，就成了服務(wù)器。而客戶機(jī)主要用于向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求，獲得相關(guān)的服務(wù)。如客戶機(jī)向打印服務(wù)器請(qǐng)求打印服務(wù)，向Web服務(wù)器請(qǐng)求Web頁(yè)面等。

1.3.2  按傳播方式分類

按照傳播方式的不同，可將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為“廣播網(wǎng)絡(luò)”和“點(diǎn)-點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)”兩大類。

1.  廣播式網(wǎng)絡(luò)

廣播式網(wǎng)絡(luò)是指網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)或者設(shè)備使用一個(gè)共享的通信介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都能收到任一節(jié)點(diǎn)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息。

目前，在廣播式網(wǎng)絡(luò)中的傳輸方式有以下3種。

(1)   單播：采用一對(duì)一的發(fā)送形式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的所有目的節(jié)點(diǎn)。

(2)   組播：采用一對(duì)一組的發(fā)送形式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的某一組主機(jī)。

(3)   廣播：采用一對(duì)所有的發(fā)送形式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的所有目的節(jié)點(diǎn)。

2.  點(diǎn)-點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(Point-to-pointNetwork)

點(diǎn)-點(diǎn)式網(wǎng)絡(luò)即兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信方式是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的。如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間沒有直接連接的線路，那么，它們之間的分組傳輸就要通過中間節(jié)點(diǎn)來接收、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，直至抵達(dá)目的節(jié)點(diǎn)。

點(diǎn)-點(diǎn)傳播方式主要應(yīng)用于WAN中，采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常有星型、環(huán)型、樹型，以及網(wǎng)狀型。

1.3.3  按傳輸介質(zhì)分類

根據(jù)傳輸介質(zhì)，可將網(wǎng)絡(luò)分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)。

(1)   有線網(wǎng)(WiredNetwork)

①    雙絞線：其特點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)、安裝方便、傳輸率和抗干擾能力一般，廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。

②    同軸電纜：俗稱細(xì)纜，現(xiàn)在逐漸淘汰。

③    光纖電纜：特點(diǎn)是光纖傳輸距離長(zhǎng)、傳輸效率高、抗干擾性強(qiáng)，是高安全性網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。

(2)   無線網(wǎng)(WirelessNetwork)

①    無線電話網(wǎng)：是一種很有發(fā)展前途的聯(lián)網(wǎng)方式。

②    語(yǔ)音廣播網(wǎng)：價(jià)格低廉、使用方便，但安全性差。

③    無線電視網(wǎng)：普及率高，但無法在一個(gè)頻道上與用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。

④    微波通信網(wǎng)：通信保密性和安全性較好。

⑤    衛(wèi)星通信網(wǎng)：能進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，但價(jià)格昂貴。

1.3.4  按傳輸技術(shù)分類

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)依靠各種通信技術(shù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)分類，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為以下5種類型。

(1)   普通電信網(wǎng)：普通電話線網(wǎng)，綜合數(shù)字電話網(wǎng)，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。

(2)   數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)：利用數(shù)字信道提供的永久或半永久性電路，是以傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)為主的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)。

(3)   虛擬專用網(wǎng)：指客戶基于DDN智能化的特點(diǎn)，利用DDN的部分網(wǎng)絡(luò)資源，所形成的一種虛擬網(wǎng)絡(luò)。

(4)   微波擴(kuò)頻通信網(wǎng)：是電視傳播和企事業(yè)單位組建企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)和接入Internet的一種方法，在移動(dòng)通信中十分重要。

(5)   衛(wèi)星通信網(wǎng)：是近年發(fā)展起來的空中通信網(wǎng)絡(luò)。與地面通信網(wǎng)絡(luò)相比，衛(wèi)星通信網(wǎng)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)類型的劃分在實(shí)際組網(wǎng)中并不重要，重要的是組建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)從功能、速度、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等方面能否滿足實(shí)際工作的需要，是否能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持相對(duì)的先進(jìn)性，能否為該部門(系統(tǒng))帶來全新的管理理念、管理方法、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益等。

1.4  計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

所謂網(wǎng)絡(luò)體系，就是為了完成計(jì)算機(jī)之間的通信合作，把計(jì)算機(jī)互連的功能劃分成有明確定義的層次，規(guī)定同層次通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口及服務(wù)等。將這些同層進(jìn)程通信的協(xié)議及相鄰層之間的接口統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(Computer Network Architecture)。

1.4.1  網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1.  網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)之間能夠進(jìn)行相互交流的通信標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由多臺(tái)互聯(lián)的計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)之間要不斷地交換數(shù)據(jù)和控制信息。要做到有條不紊地交換數(shù)據(jù)，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都必須遵守一些事先約定好的規(guī)則。這些為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換而制定的規(guī)則、約束和標(biāo)準(zhǔn)，被稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(Protocol)。

2.  網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的分層原理

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是不可缺少的。一個(gè)功能完備的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)需要制定一套復(fù)雜的協(xié)議集，對(duì)于復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，最好的組織方式就是層次結(jié)構(gòu)模型。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型和各層協(xié)議的集合定義為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，表示計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置多少層，每層能提供哪些功能，以及各層之間的關(guān)系如何精確地定義等。

例如，在海南大學(xué)的你，要與在中山大學(xué)的同學(xué)通一封信，其大致過程如下。

(1)   把信寫好，然后投到郵箱中。

(2)   郵局的郵遞員把信從信箱中取走，送到郵局的分揀部門。

(3)   郵局分揀部門的工作人員按照郵政編碼或地址進(jìn)行分揀、打包。

(4)   將郵包通過汽車、火車或飛機(jī)送到廣州市郵局。

(5)   廣州市郵局分揀部門的工作人員打開郵包，按單位地址再分類。

(6)   郵遞員把信送到中山大學(xué)的信箱。

(7)   你的同學(xué)打開郵箱，看到你的信。至此，通信過程完畢。

從上述過程中，可以得出下列結(jié)論。

第一，如果把通信過程看成是每一步分工合作，那么，這個(gè)問題就很容易解釋。在這個(gè)過程中，每一步的相關(guān)人員，包括寫信的你和收信的同學(xué)，都有自己明確的分工，而且是互不干擾的。此外，我們還能發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，那就是第N步總要在第N-1步做好的基礎(chǔ)上才能工作，第N-1步也總要在第N-2步做好的基礎(chǔ)上才能工作，以此類推。也就是說，第N-1步接受第N-2步的服務(wù)，同時(shí)，第N-1步服務(wù)于第N步，即第N步在接受第N-1步服務(wù)的同時(shí)，也接受了第N-2步及之前幾個(gè)步驟的服務(wù)。

第二，你和你的同學(xué)只關(guān)心信的內(nèi)容，而不關(guān)心信傳遞的過程，不需要知道是誰把信取走的，是誰把信送到的。

第三，真正把信從海口送到廣州的是第4步，第一步到第4步和第4步到第7步實(shí)際上是一個(gè)互逆的過程。假如你的同學(xué)要給你寫回信的話，那么過程正好相反。

我們可以把這個(gè)過程中的每一步看成是一層，這樣，可以幫助我們更好地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)，從而更好地理解計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

3.  網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層的意義

在網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)中，每一層協(xié)議的基本功能都是實(shí)現(xiàn)與另外一個(gè)層次結(jié)構(gòu)中對(duì)等實(shí)體間的通信，稱為對(duì)等層協(xié)議。另外，每一層還要提供與其相鄰的上層協(xié)議的服務(wù)接口。每一層是其下一層的服務(wù)對(duì)象，同時(shí)又是上一層的服務(wù)提供者。也就是說，對(duì)第N層來講，它通過第N-1層提供的服務(wù)享用到了N-1層以內(nèi)的所有層的服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分層具有以下幾點(diǎn)好處。

(1) 獨(dú)立性強(qiáng)

獨(dú)立性是指每一層都具有相對(duì)獨(dú)立的功能，它不必知道下一層是如何實(shí)現(xiàn)的，只要知道下一層通過層間接口提供的服務(wù)是什么、本層向上一層提供的服務(wù)是什么就可以了。至于如何實(shí)現(xiàn)本層的功能、采用什么樣的硬件和軟件，則不受其他層的限制。

(2) 功能簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)

系統(tǒng)經(jīng)分層后，整個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)被分解成若干個(gè)小范圍、功能簡(jiǎn)單的部分，使每一層的功能都變得比較簡(jiǎn)單，降低了網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，有利于促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化。

(3) 適應(yīng)性強(qiáng)

當(dāng)任何一層發(fā)生變化時(shí)，只要層間接口不變，那么，這種變化就不影響其他任何一層，層內(nèi)設(shè)計(jì)可以靈活變動(dòng)。

1.4.2  開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型OSI/RM

世界上不同年代、不同廠家、不同型號(hào)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)千差萬別，將這些系統(tǒng)互聯(lián)起來，就要彼此開放。所謂開放系統(tǒng)，就是遵守互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的系統(tǒng)之間可以相互通信的原則，盡管這些網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及設(shè)備不盡相同。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standard Organization，ISO)是世界上著名的標(biāo)準(zhǔn)化組織，主要由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織(American National Standards Institute，ANSI)和其他國(guó)家的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織組成。1977年，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的需求，在研究、吸取了各計(jì)算機(jī)廠商網(wǎng)絡(luò)體系標(biāo)準(zhǔn)化經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，制定了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(Open System International Basic Reference Model，OSI/RM)，從而形成了著名的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

除了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的開放系統(tǒng)互連體系結(jié)構(gòu)之外，比較著名的體系結(jié)構(gòu)還有以下3種：

l   美國(guó)國(guó)防部提出的主要應(yīng)用于Internet的TCP/IP體系結(jié)構(gòu)。

l   國(guó)際電話與電報(bào)顧問委員會(huì)(Consultative Committeeof International Telegraph and Telephone，CCITT)提出的采用分組交換技術(shù)的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)X.25體系結(jié)構(gòu)。

l   美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electricaland Electronic Engineers，IEEE)專門為局域網(wǎng)通信制定的IEEE802標(biāo)準(zhǔn)模型。

OSI模型是層次化的，分層的主要意圖，是允許不同供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)相互操作。一是通過網(wǎng)絡(luò)組件的標(biāo)準(zhǔn)化，允許多個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行開發(fā)；二是允許各種類型的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品(包括軟件和硬件)相互通信；三是防止對(duì)某一層的產(chǎn)品所做的改動(dòng)影響到其他層，這樣有利于產(chǎn)品的開發(fā)。

OSI構(gòu)造了7層模型，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層，不同系統(tǒng)對(duì)等層之間按相應(yīng)協(xié)議進(jìn)行通信，同一系統(tǒng)不同層之間通過接口進(jìn)行通信(OSI參考模型如圖1-9所示)。7層中，只有最低層物理層完成物理數(shù)據(jù)傳遞，其他對(duì)等層之間的通信稱為邏輯通信，其通信過程為每一層將通信數(shù)據(jù)交給下一層處理，下一層對(duì)數(shù)據(jù)加上若干控制位后，再交給它的下一層處理，最終由物理層傳遞到對(duì)方的物理層，再逐層向上傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)等層之間的邏輯通信。一般用戶由最上層的應(yīng)用層提供服務(wù)。

圖1-9  OSI參考模型

1.  應(yīng)用層

應(yīng)用層是OSI的最高層，是網(wǎng)絡(luò)與用戶應(yīng)用軟件之間的接口。它直接通過給用戶和管理者提供各類信息來為用戶終端服務(wù)，如虛擬終端、文件傳送、遠(yuǎn)程用戶登錄和電子數(shù)據(jù)交換及電子郵件等。

2.  表示層

表示層因它的用途而得名，它為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和代碼的格式化。一種成功的傳輸技術(shù)意味著在傳輸之前要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的格式。表示層在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)不同語(yǔ)句格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換和表示，為應(yīng)用層提供服務(wù)。例如，數(shù)據(jù)的壓縮和解壓縮、加解密等工作都由表示層負(fù)責(zé)。表示層要能保證從一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層傳輸過來的數(shù)據(jù)能夠被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層識(shí)別。

3.  會(huì)話層

會(huì)話層負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)中的兩節(jié)點(diǎn)之間建立、維持和終止通信。會(huì)話層的功能包括：建立通信連接，保持會(huì)話過程通信連接的暢通，同步兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)話，決定通信是否被中斷，以及通信中斷時(shí)決定從何處重新發(fā)送。

也有人把會(huì)話層稱作的“交通警察”。當(dāng)通過撥號(hào)向ISP()請(qǐng)求連接到因特網(wǎng)時(shí)，ISP服務(wù)器上的會(huì)話層向PC客戶機(jī)上的會(huì)話層進(jìn)行協(xié)商連接。若電話線偶然從墻上的插孔脫落，終端機(jī)上的會(huì)話層將檢測(cè)到連接中斷并重新發(fā)起連接。會(huì)話層通過決定節(jié)點(diǎn)通信的優(yōu)先級(jí)和通信時(shí)間的長(zhǎng)短來設(shè)置通信期限。

4.  傳輸層

傳輸層通過通信線路，在不同機(jī)器之間進(jìn)行程序和數(shù)據(jù)的交換。傳輸層的一個(gè)很重要的功能，是數(shù)據(jù)的分段和重組，這里的分段和重組，與網(wǎng)絡(luò)層的分段和重組是兩個(gè)不同的概念。網(wǎng)絡(luò)層的分段是數(shù)據(jù)幀大小的減小，而傳輸層的分段是指把一個(gè)上層數(shù)據(jù)分割成一個(gè)個(gè)邏輯片或者物理片。

也就是說，發(fā)送方在傳輸層中將上層交給它的較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行分段后，交給網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行獨(dú)立傳輸。這樣，可以實(shí)現(xiàn)傳輸層流量控制，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。

5.  網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層傳送的數(shù)據(jù)單位是分組。網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)，是在通信子網(wǎng)中選擇適當(dāng)?shù)穆酚伞＞W(wǎng)絡(luò)層將傳輸層生成的數(shù)據(jù)分段封裝成分組，每個(gè)分組中都有控制信息，稱為報(bào)頭，其中含有源站點(diǎn)和目標(biāo)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)邏輯地址信息。根據(jù)分組的目的網(wǎng)絡(luò)地址實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由，確保數(shù)據(jù)及時(shí)傳送。

6.  數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層定義了如何讓格式化數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，以及如何控制對(duì)物理介質(zhì)的訪問。這一層通常還提供錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正，以確保數(shù)據(jù)的。

7.  物理層

物理層是所有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。主要定義物理設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，如網(wǎng)線的接口類型、光纖的接口類型、各種的傳輸速率等。它的主要作用是傳輸比特流(就是由1、0轉(zhuǎn)化為電流強(qiáng)弱來進(jìn)行傳輸，到達(dá)目的地后再轉(zhuǎn)化為1、0，也就是我們常說的數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換)。這一層的數(shù)據(jù)叫作比特。

在OSI模型中，應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)用戶與計(jì)算機(jī)的接口，高層負(fù)責(zé)主機(jī)之間應(yīng)用程序的通信。OSI模型的高三層定義了終端系統(tǒng)中的應(yīng)用程序?qū)⑷绾伪舜诉M(jìn)行通信，以及如何與用戶通信，另外，高三層并不知道有關(guān)互聯(lián)網(wǎng)或網(wǎng)絡(luò)地址的任何信息，這是下四層的任務(wù)。低四層定義了如何通過物理電纜或通過交換機(jī)和路由器進(jìn)行端到端的數(shù)據(jù)傳輸。