计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物.docx
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计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物
计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物
计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物，随着计算机技术和通信技术的发展，计算机网络技术也在飞速地向前发展。
如今，计算机网络已经成为信息存储、传播和共享的有力工具，成为信息交流的最佳平台。
了解计算机网络知识，掌握计算机网络技术已经成为当今社会成员在网络化和数字化世界生存的基本条件。
实践证明，合理、巧妙地利用计算机网络可以极大地提高效率，缩短时空距离。
1.1计算机网络的形成与发展
计算机网络是由计算机设备、通信设备、终端设备和网络软件等组成的大的计算机系统，计算机网络中的各个计算机系统都具有独立的功能，它们在脱离网络时仍然可以单独使用。
1.1.1计算机网络的形成
1．计算机网络的基本概念
所谓计算机网络就是将分布在不同地理位置、具有独立功能的多个计算机系统利用通信设备和通信线路互连起来，并通过功能完善的网络软件实现网络中的资源共享和信息传递的系统。
由以上的概念可以看出，一个计算机网络应包括如下3个要素。
（1）多个具有独立功能的计算机系统（为用户提供服务和所要共享的资源）。
（2）由各种通信设备和通信线路组成的通信子网。
（3）功能完善的网络软件（为用户共享网络资源和信息传递提供管理和服务）。
建立计算机网络的目的就是实现资源共享和信息传递。
2．计算机网络的形成
有一点要提的是，国际标准化组织制定的OSI七层模型的目的是想使计算机网络世界有一个统一的标准，网络生产厂商们也认识到统一网络技术标准的好处，即可以打破封闭网络的束缚，为网络产品带来更大的市场空间。
进入20世纪90年代，国际标准化组织的这种努力效果并不明显，而这时的ARPANET经过20多年的发展，已经具有较大的规模，并更名为Internet。
1990年美国军方宣布关闭ARPANET，同时政府允许私营公司经营Internet主干网，另一个促使Internet高速发展的原因是WWW技术的发明，它使Internet上的信息可以连成一体，并使网络的使用简单化。
精明的商人们看到了巨大的网络商机，因此大量的投入使Internet在20世纪90年代每年以指数级增长，并最终实现了计算机网络世界的大同。
具有讽刺意味的是国际标准化组织的目标由Internet实现了，其中的主要原因是OSI标准过于复杂，另外就是低估了市场的作用。
Internet成为事实上的标准后，计算机网络进入了具有统一标准的持续快速发展阶段。
这背后更为深远的意义是，人们不必再为网络的互联费尽心思，可以放心地去研究各种网络的应用，使网络为人们的生活带来更多的惊喜和快乐。
第四代计算机网络的特点是网络高速化和业务综合化。
网络高速化可以有两个特征：
网络宽频带和传输低时延（低延迟）。
使用光纤等高速传输介质和高速网络技术，可实现网络的高速率；快速交换技术可保证传输的低时延。
网络业务综合化是指一个网中综合了多媒体（语音、视频、图像、数据等）的信息，它的实现依赖于多媒体技术。
5．计算机网络的发展趋势
进入21世纪，计算机网络正在向着综合化、宽带化、智能化和个性化方向发展。
信息高速公路概念的提出为人们展示了信息化社会的美好前景，它向用户提供声音、图像、图形、数据和文本的综合服务，实现用户之间的多媒体通信，是网络发展的目标。
在20世纪的最后几年中，人们惊喜的发现，电话、收音机、电视机以及计算机和通信卫星等领域正在迅速的融合，信息的获取、存储、处理和传输之间的“孤岛现象”随着计算机网络和多媒体技术的发展而逐渐消失，曾经独立发展的电信网络、电视网络和计算机网络已在不断融合（三网融合），新的信息产业正以强劲的势头迅速崛起。
相信由“三网融合”到真正的“三网合一”会是今后网络发展的一种趋势。
6．计算机网络与计算机通信网络的区别
广义的观点产生于计算机网络发展的第一阶段向第二阶段的过渡时期，比资源共享的观点提出的早。
面向终端的远程联机系统的发展为计算机应用开辟了新的领域。
随着计算机应用的发展，一个大公司或一个部门常常会拥有多台计算机系统，而且这些计算机系统分散在不同的地点，它们之间要经常进行业务信息交换，各地区子公司的计算机将局部地区的数据汇集后传送到总公司计算机。
广义的观点描述了这种以传输信息为主要目的、用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合，人们将它定义为计算机通信网。
计算机通信网在物理结构上具有了计算机网络的雏形，但它以相互间的数据传输为主要目的，资源共享能力弱，是计算机网络的低级阶段。
7．计算机网络与分布式系统的区别
分布式系统（DistributedSystem）与计算机网络是两个常被混淆的概念。
以用户透明性观点定义计算机网络为“存在着一个能为用户自动管理资源的网络操作系统，由它调用完成用户任务所需要的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样对用户是透明的。
”严格地说，用户透明性观点的定义描述了一个分布式系统。
Enslow在对分布式系统定义时强调了分布式系统的5个特征。
（1）系统拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态的给它们分配任务。
（2）系统中分散的物理和逻辑资源通过计算机网络实现信息交换。
（3）系统存在一个以全局方式管理系统资源的分布式操作系统。
（4）系统中联网的各计算机既合作又自治。
（5）系统内部结构对用户是完全透明的。
从以上讨论中可以看出，二者的共同之处表现在，大部分分布式系统是建立在计算机网络之上的；二者的区别主要表现在分布式操作系统与网络操作系统的设计思想、结构、工作方式和功能的不同。
组建一个计算机网络需要有网络硬件与网络系统软件，我们把网络系统软件称作网络操作系统。
目前网络操作系统要求网络用户在使用网络资源时必须了解网络资源分布情况。
在共享某一台计算机资源时，首先要在这台计算机上登录，在成为该计算机的合法用户后，才能进行允许的资源共享操作，而分布式操作系统以全局方式管理系统资源，自动为用户调度资源。
分布式系统的用户不必关心网络环境中资源的分布情况以及联网计算机的差异，用户的作业管理与文件管理过程对用户是透明的。
计算机网络是一种松耦合系统，而分布式系统是一种紧耦合系统。
分布式系统与计算机网络的区别主要不在于它们的物理结构，而是在高层软件。
计算机网络为分布式系统研究提供了技术基础，而分布式系统是计算机网络技术发展更高级的形式。
1.1.3计算机网络的功能
计算机网络的功能可以归纳为6个方面。
1．资源共享
资源共享是网络的基本功能之一。
计算机网络的基本资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。
共享资源即共享网络中的硬件、软件和数据资源。
网络内的用户可以共享的硬件资源一般是指那些其他用户的硬件设备或网络中的特别昂贵的硬件设备或一些特殊的硬件设备，如海量存储器、绘图仪、激光打印机等。
网络内的用户可以共享其他用户或主机的软件资源，避免在软件建设上的重复劳动和重复投资，这样可以提高网络的经济性。
可以共享的软件包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序及其他控制程序等。
计算机网络技术可以对大量分散的数据进行迅速集中、分析和处理，同时也为充分利用这些数据资源提供了方便。
分散在不同地点的网内计算机用户可以共享网内的大型数据库，而不必要再去重新设计和创建这些数据库。
2．信息传递
信息传递也是计算机网络的基本功能之一。
在网络中，通过通信线路可实现主机与主机、主机与终端之间数据和程序的快速传输。
3．实时的集中处理
在网络中可以把已存在的许多联机系统有机的连接起来，进行实时地集中管理，使各部件协同工作，并行处理，从而提高系统的处理能力。
4．提高可靠性
单个计算机或系统难免会出现暂时的故障，致使系统瘫痪。
通过计算机网络，可以提供一个多机系统的环境，实现两台或多台计算机间的互为备份，使计算机系统有冗余备份的功能。
另外，当某条线路或局部线路出现故障而不能传输信息时，用户还可将信息通过其他线路迂回传输到目的地。
因此，计算机网络可提高系统可靠性。
5．均衡负荷和分布式处理
广域网内包括很多子处理系统，当网内的某个子处理系统的负荷过重时，新的作业可通过网内的节点和线路分送给较空闲的子系统进行处理。
当然，在进行这种分布式处理时，必要的处理程序和数据也必须同时送到空闲子系统。
此外，在幅员辽阔的国家，可以利用地理上的时差，均衡系统日夜负荷不均的现象，以充分发挥网内各处理系统的负载能力。
6．增加服务项目
通过计算机网络可为用户提供更为全面的服务项目，如图像、声音、动画等信息的处理和传输，这是单个计算机系统所难以实现的。
1.2计算机网络的组成与分类
计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能，那么从它的结构上必然可以分成两个部分：
负责数据处理的计算机主机（Host）和终端（Terminal），负责数据通信的通信控制处理机（CommunicationControlProcessor，CCP）和通信链路。
1.2.1计算机网络的组成
计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统组成的。
从拓扑结构上看，计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路组成的；从逻辑功能上看，计算机网络则是由通信子网和用户资源子网组成的。
如图1-1所示。
图1-1计算机网络组成示意图
1．网络节点和通信链路
（1）网络节点
计算机网络中的节点一般可分为访问节点、转接节点和混合节点。
访问节点又称端节点，是指拥有计算机资源的用户设备，主要起信源和信宿的作用。
常见的访问节点有用户主机和终端。
转接节点又称中间节点，是指那些在网络通信中起数据交换和转接作用的网络节点，这些节点拥有通信资源，具有通信功能。
常见的转接节点有集线器、交换机、路由器等。
混合节点也称全功能节点，是指那些既可以作为访问节点又可以作为转接节点的网络节点。
（2）通信链路
通信链路是指两个网络节点之间承载信息和数据的线路。
链路可用各种传输介质实现，如同轴电缆、双绞线、光缆、卫星及微波等。
通信链路又分为物理链路和逻辑链路两类。
物理链路是一条点到点的物理线路，中间没有任何交换节点。
在计算机网络中，两个计算机之间的通路往往是由许多物理链路串接而成。
逻辑链路具备数据传输控制的能力，在物理链路上加上用于数据传输控制的硬件和软件，就构成了逻辑链路。
只有在逻辑链路上才可以真正传输数据，而物理链路是逻辑链路形成的基础。
2．通信子网和用户资源子网
从更高的层面上来看计算机网络的组成，即从网络功能上来看，计算机网络由通信子网和用户资源子网组成。
（1）通信子网
通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，主要完成数据的传输、交换以及通信控制，它由网络节点、通信链路组成。
图1-1中云形图以内为通信子网。
采用通信子网后，可使每台入网主机不用去处理数据通信，也不用具有许多远程数据通信的功能，而只需负责信息的发送和接收，这样就减少了主机的通信开销。
另外，由于通信子网是按统一软、硬件标准组建的，可以面向各种类型的主机，方便了不同机型间的互联，减少了组建网络的工作量。
通信子网有两种类型：
一个是公用型，为公共用户提供服务并共享其通信资源的通信子网，基于同一个通信子网可组建多个计算机网络，如原邮电部建设的公用计算机互联网（CHINANET）就属于公共型通信子网；另一个是专用型，专门为特定的一组用户构建的通信子网，如各类金融银行网、证券网等。
（2）用户资源子网
用户资源子网提供访问网络和处理数据的能力，是由主机系统、终端控制器和终端组成。
主机系统负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库，向网络用户提供各种软、硬件资源和网络服务；终端控制器把一组终端连入通信子网，并负责对终端的控制及终端信息的接收和发送。
终端控制器可以不经主机直接和网络节点相连。
图1-1中云形图以外为用户资源子网。
通过用户资源子网，用户可以方便地使用本地计算机或远程计算机的资源。
由于它将通信子网的工作对用户屏蔽起来，使用户使用远程计算机资源就如同使用本地资源一样方便。
3．网络硬件系统和软件系统
与计算机系统相似，计算机网络也是由硬件系统和软件系统两大部分构成。
（1）网络硬件系统
计算机网络的硬件主要包括主计算机、终端、通信控制处理机、调制解调器、多路复用器、集线器和通信线路等。
①主计算机
主计算机简称主机，它负责网络中的数据处理、执行网络协议、进行网络控制和管理等工作，也包括供用户共享访问的数据库的管理，它与其他主计算机系统联网后构成网络中的主要资源，它可以是单机系统，也可以是多机系统。
主机应包含具有完成成批、实时和交互式分时处理能力的硬件和操作系统，应有通道部件和相关接口。
在分布式网络中还要考虑程序的兼容性和可移植性问题，应有虚拟存储系统和数据库管理功能等。
②终端
终端是用户访问网络的设备，除了一般具有键盘和显示及打印功能的设备外，还有汉字输入/输出终端、智能终端、虚拟终端等。
终端的主要作用是把用户输入的信息转变为适合传送的信息送到网络上，或把网络上其他节点输出的经过通信线路的信息转变为用户所能识别的信息。
智能终端还具有一定的运算、数据处理和管理能力。
虚拟终端（VirtualTerminal，VT）是网络中的一个重要概念。
由于实际终端多种多样，其所用代码、信息格式、传输速率等各不相同，因此，在进行网络设计时无法对各种实际终端的复杂情况通盘考虑，而是按一个假设的统一的标准终端来考虑，这种假设的标准终端就是虚拟终端。
虚拟终端接口是一个特殊的功能接口，它与实际终端相连接。
该接口可将各种实际终端映射到虚拟终端上，这种映射关系可用一个典型的应用程序来实现。
不管有多少种复杂的实际终端，只要有了虚拟终端及网络中主机能支持的这种应用程序，就可使整个网络的设计工作大大简化，从而解决了一个计算机网络无法支持各种不同类型终端的问题。
③通信控制处理机
通信控制处理机也称通信控制器，在某些网络中也称为前端处理机（FrontEndProcessor，FEP）、接口信息处理机（InterfaceMessageProcessor，IMP）等，它是一种在数据通信系统或计算机网络系统中执行通信控制与处理功能的专用计算机，通常由小型机或微型机组成，大型网络采用专用通信设备，其主要作用就是承担通信控制和管理工作，减轻主机负担。
通信控制和管理工作通常包括信息交换、差错控制、代码变换、格式变换、报文分组或重装、路由选择等。
④调制解调器
调制解调器（Modem）是把DTE（DataTerminalEquipment）与模拟通信线路连接起来的一种接口设备。
调制解调器的种类很多，有基带的、宽带的；无线的、有线的；音频的、数字的；低速的、高速的；同步的、异步的等，一般常用的就是利用电话线作为传输介质的音频Modem。
借助于调制解调器，就可以进行远距离通信，并可实现多路复用。
⑤多路复用器
采用多路复用技术可使多个信号共用一个通道，这样就能使信道容量尽可能地被充分利用。
多路复用器就是具有多路复用功能的设备，通常有频分多路复用器和时分多路复用器。
利用多路复用器可实现多路信号的同时传输，提高信道利用率。
⑥通信线路
通信线路是传输信息的载波媒体。
通信线路也叫通信信道（Channel）或通信链路（Link）。
计算机网络中的通信线路有有线线路（包括双绞线、同轴电缆、光纤等）和无线线路（包括微波线路和卫星线路等），这部分内容将在4.1节进行详细介绍。
⑦网络互联设备
现在大多数网络都是由一种或多种网络互联设备将两个或两个以上的网络连接起来，构成一个更大的互联网络系统。
常用的网络互联设备有网桥、路由器、交换机和网关等。
（2）网络软件系统
在计算机网络系统中，每个用户都可享用系统中的各种资源，因此，系统必须能按用户的要求为用户提供相应的服务，对所涉及的信息数据进行控制和管理。
网络中的这些服务、控制和管理工作都是由网络软件系统完成的。
由于计算机网络系统结构和网络硬件的多样性和复杂性，使网络软件系统所面临的问题多而复杂，涉及的范围广而丰富。
网络软件呈现具有多样化、难于标准化等特点，网络软件系统的这些特点决定了它的基本结构。
网络软件系统也可看成是一种层次结构，但由于用户对网络软件的性能要求越来越高，网络软件系统也越来越复杂，各类网络软件的联系也越来越密切，有更多的交叉和渗透。
所以，各类软件系统之间的层次关系也就越来越不明显了，对许多网络软件来说，很难把它们划分在哪一个确定的层次上。
计算机网络软件系统大致可分为5类：
网络操作系统软件、网络协议软件、网络管理软件、网络通信软件、网络应用软件。
①网络操作系统
网络操作系统（NetworkOperatingSystem，NOS）是与单机操作系统相对而言的，是指具有网络功能的操作系统，主要指服务器操作系统。
服务器操作系统是指安装在服务器上，为其他计算机提供服务的操作系统。
常见的服务器操作系统有WindowsNT、Windows2000Server、UNIX、Linux等，与单机操作系统相比，服务器操作系统运行非常稳定、提供的网络服务也很多。
服务器操作系统除了具有常规操作系统所具有的功能外，还具有网络通信管理功能、网络范围内的资源管理功能和网络服务功能，具有账户管理、安全管理系统监控等多种普通操作系统不具有的功能。
网络操作系统是为计算机网络配置的操作系统，它是网络软件系统的基础，与网络的硬件结构相联系。
网络中各计算机都有自己的操作系统，而网络操作系统可把它们有机地联系起来。
有的网络操作系统是在计算机单机操作系统基础上建立起来的，有的网络操作系统把单机操作系统和网络功能结合起来。
例如，Windows2000Professional、WindowsXP等既可做单机操作系统，又可用于建立对等网络；而WindowsNT/2000可以在单机上运行，同时又是网络操作系统。
②网络协议软件
协议（Protocol）是一种特殊的软件，是计算机网络实现其功能最基本的机制。
协议的本质是规则，即各种硬件和软件必须遵循的共同守则。
网络是一个非常复杂的通信系统，类似于我们的城市交通。
想象一下，如果没有交通规则，交通会变成什么样子？
肯定是一团糟。
协议就是一整套的交通规则，如果没有它，网络就无法正常通信。
可以说，没有协议就没有网络，协议是网络的灵魂。
网络协议软件是计算机网络中通信各部分之间所必须遵守的规则的集合，它定义了通信各部分交换信息时的顺序、格式和词汇。
网络协议软件是网络软件系统中最重要、最核心的部分。
计算机网络体系结构都是由协议决定的，而网络管理软件、网络通信软件以及网络应用软件等都要通过网络协议软件才能发挥作用。
网络协议软件的种类很多，不同体系结构的网络系统都有支持自身系统的协议软件，体系结构中不同层次上又有不同的协议软件。
网络协议并不是一套单独的软件，而是融合于其他所有的软件系统中，如网络操作系统、网络数据库系统、网络应用软件等，因此可以说，协议在网络中无所不在。
各种各样的网络协议不下上百种。
读者只要掌握其中的几种协议就可以了，如TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列、X.25协议等。
③网络管理软件
网络管理软件提供性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理和网络运行状态监视与统计等功能。
在不同类型、不同结构的网络中，可选择相应的网络管理软件。
④网络通信软件
网络通信软件可使用户在不必详细了解通信控制规程的情况下，能很容易地控制自己的应用程序与多个站点进行通信，并对大量的通信数据进行加工和处理。
目前，主要的通信软件都能很方便地与主机相连接，并具有完善的传真功能、文件传输功能和自动生成原稿功能等。
⑤网络应用软件
网络应用软件是在网络环境下，直接面向用户的软件。
计算机网络通过网络应用软件为用户提供信息资源的传输和资源共享服务。
应用软件可分为两类：
一类是由网络软件厂商开发的通用应用工具，如电子邮件、Web服务器及相应的浏览和搜索工具等；另一类是依赖于不同的用户业务的软件，如网络上的金融业务、电信业务管理、交通控制和管理、数据库及办公自动化等软件，其中数据库是网络应用的重要功能，数据库软件就是管理数据库的软件系统。
常见的数据库软件有SQLServer、Oracle、VisualFoxPro等。
随着网络技术的发展，如今的各种应用软件都考虑在网络环境下的应用问题。
1.2.2计算机网络的分类
从不同的角度，按照不同的属性，计算机网络可以有多种分类方式。
下面介绍几种常见的分类。
1．按计算机网络覆盖的范围进行分类
由于网络覆盖范围和计算机之间互联距离的不同，所采用的网络结构和传输技术也不同，因而形成了不同的计算机网络，一般可以分为以下3种类型。
（1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）。
局域网是网络地理覆盖范围有限，一般为几千米，通常在一个企业、学校机关内使用。
局域网组网方便、使用灵活，传输速率较高，是目前计算机网络发展中最活跃的分支。
由于光纤技术的出现，局域网实际的覆盖范围已经大大增加。
（2）广域网（WideAreaNetwork，WAN）。
广域网覆盖的范围大，一般可从几十千米到几万千米，甚至更远，可以覆盖一个国家或地区，甚至可以横跨几个洲，形成国际性的远程网。
广域网内用于通信的传输设备和传输介质，一般是由电信部门提供，网络由多个部门或多个国家联合组建而成，网络规模大，能实现较大范围内的资源共享。
因特网就是典型的广域网。
（3）城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）。
网络覆盖范围介于局域网和广域网之间，约为几十千米。
城域网的设计目标常常要满足一个城市范围内大量的企业、公司、机关、学校和住宅区等多个局域网互联的需求。
2．按网络的使用范围进行分类
（1）公用网。
公用网由电信部门组建，由政府和电信部门管理和控制的网络，如CHINANET。
社会集团用户或公众可以租用，如我国已建立了数字数据网（DDN）、公共电话网（PSTN）等。
（2）专用网。
也称私用网，一般为某个单位或某一系统组建，该网一般不允许系统外的用户使用，如银行、公安、铁路等建立的网络是本系统专用的。
3．按网络中计算机所处的地位进行分类
（1）对等网络。
在计算机网络中，若每台计算机的地位平等，都可以平等地使用其他计算机内部的资源，则这种网就称为对等网。
对等网中计算机资源的这种共享方式会导致计算机的速度比平时慢，但对等网非常适合于小型网，任务轻的局域网，如在普通办公室、家庭内可以建立对等网。
（2）基于服务器的网络。
如果网络所连接的计算机较多，且共享资源较多时，就需要考虑专门设立一个计算机来存储和管理需要共享的资源，这台计算机就称为服务器，其他的计算机称为工作站，这种网络称为客户机/服务器（Client/Server）网络。
4．按计算机网络的拓扑结构进行分类
把网络中的计算机及其他设备隐去其具体的物理特性，并将其抽象成一个个的节点。
拓扑结构就是网络节点在网络分布和互联关系上的几何构型。
按计算机网络的拓扑结构可将计算机网络分为：
总线型、星型、环型、树型和网状型拓扑结构，有关内容将在1.3节详细描述。
5．按计算机网络的服务对象进行分类
按照网络的服务对象分类，可以分为企业网、校园网等网络类型。
（1）企业网。
企业网顾名思义，就是为某个企业服务的计算机网络。
现代企业，尤其是IT企业，几乎人手一台计算机，只有将计算机连成网络，才能实现资源共享和数据交换。
企业网可以包括局域网，也可以包括一部分广域网，因为有的跨国企业非常大，有几万名员工，而且往往分布于世界各地，因此企业网可以非常大，对于一个小企业，在外地没有分支机构，组建一个局域网也就可以满足需要了。
（2）校园网。
校园网是为大学、中学、小学服务的网络，随着“校校通”工程的启动，出现了越来越多的校园网，许多网民就是通过校园网连接到互联网的。
在我国，学生有几千万人之多，因此校园网的规模也是非常大的。
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