计算机基础知识扫盲系列6
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计算机网络的基本概念
1. 计算机网络定义
计算机网络是地理上分散的计算机资源的集合,它们彼此用传输介质互联起来,遵守共同的协议相互
通信,以便用户随时随地能共享信息资源和交换信息。
2. 计算机网络的功能
计算机网络的功能主要体现在三个方面：信息交换、资源共享、分布式处理。
⑴信息交换
这是计算机网络最基本的功能,主要完成计算机网络中各个节点之间的系统通信。用户可以在网上传
送电子邮件、发布新闻消息、进行电子购物、电子贸易、远程电子教育等。
⑵资源共享
所谓的资源是指构成系统的所有要素,包括软、硬件资源,如：计算处理能力、大容量磁盘、高速打印
机、绘图仪、通信线路、数据库、文件和其他计算机上的有关信息。由于受经济和其他因素的制约,
这些资源并非(也不可能)所有用户都能独立拥有,所以网络上的计算机不仅可以使用自身的资源,也
可以共享网络上的资源。因而增强了网络上计算机的处理能力,提高了计算机软硬件的利用率。
⑶分布式处理
一项复杂的任务可以划分成许多部分,由网络内各计算机分别协作并行完成有关部分,使整个系统的
性能大为增强。
3. 计算机网络分类
计算机网络的分类方式有很多种,可以按地理范围、拓扑结构、传输速率和传输介质等分类。
⑴按地理范围分类
①局域网LAN(Local Area Network)
局域网地理范围一般几百米到10km 之内,属于小范围内的连网。如一个建筑物内、一个学校内、一
个工厂的厂区内等。局域网的组建简单、灵活,使用方便。
②城域网MAN(Metropolitan Area Network)
城域网地理范围可从几十公里到上百公里,可覆盖一个城市或地区,是一种中等形式的网络。
③广域网WAN(Wide Area Network)
广域网地理范围一般在几千公里左右,属于大范围连网。如几个城市,一个或几个国家,是网络系统中
的最大型的网络,能实现大范围的资源共享,如国际性的Internet 网络。
⑵按传输速率分类
网络的传输速率有快有慢,传输速率快的称高速网,传输速率慢的称低速网。传输速率的单位是b/s(每
秒比特数,英文缩写为bps)。一般将传输速率在Kb/s—Mb/s范围的网络称低速网,在Mb/s—Gb/s 范围
的网称高速网。也可以将Kb/s 网称低速网,将Mb/s网称中速网,将Gb/s网称高速网。
网络的传输速率与网络的带宽有直接关系。带宽是指传输信道的宽度,带宽的单位是Hz(赫兹)。按照
传输信道的宽度可分为窄带网和宽带网。一般将KHz—MHz带宽的网称为窄带网,将MHz—GHz 的
网称为宽带网,也可以将kHz 带宽的网称窄带网,将MHz 带宽的网称中带网,将GHz 带宽的网称宽带
网。通常情况下,高速网就是宽带网,低速网就是窄带网。
⑶按传输介质分类
传输介质是指数据传输系统中发送装置和接受装置间的物理媒体,按其物理形态可以划分为有线和
无线两大类。
①有线网
传输介质采用有线介质连接的网络称为有线网,常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光导纤
维。
●双绞线是由两根绝缘金属线互相缠绕而成,这样的一对线作为一条通信线路,由四对双绞线构成双
绞线电缆。双绞线点到点的通信距离一般不能超过100m。目前,计算机网络上使用的双绞线按其传
输速率分为三类线、五类线、六类线、七类线,传输速率在10Mbps到600Mbps之间,双绞线电缆的连
接器一般为RJ-45。
●同轴电缆由内、外两个导体组成,内导体可以由单股或多股线组成,外导体一般由金属编织网组成。
内、外导体之间有绝缘材料,其阻抗为50Ω。同轴电缆分为粗缆和细缆,粗缆用DB-15连接器,细缆用
BNC和T 连接器。
●光缆由两层折射率不同的材料组成。内层是具有高折射率的玻璃单根纤维体组成,外层包一层折射
率较低的材料。光缆的传输形式分为单模传输和多模传输,单模传输性能优于多模传输。所以,光缆分
为单模光缆和多模光缆,单模光缆传送距离为几十公里,多模光缆为几公里。光缆的传输速率可达到每
秒几百兆位。光缆用ST 或SC 连接器。光缆的优点是不会受到电磁的干扰,传输的距离也比电缆远,
传输速率高。光缆的安装和维护比较困难,需要专用的设备。
②无线网
采用无线介质连接的网络称为无线网。目前无线网主要采用三种技术：微波通信,红外线通信和激光
通信。这三种技术都是以大气为介质的。其中微波通信用途最广,目前的卫星网就是一种特殊形式的
微波通信,它利用地球同步卫星作中继站来转发微波信号,一个同步卫星可以覆盖地球的三分之一以
上表面,三个同步卫星就可以覆盖地球上全部通信区域。
⑷按拓扑结构分类
计算机网络的物理连接形式叫做网络的物理拓扑结构。连接在网络上的计算机、大容量的外存、高
速打印机等设备均可看作是网络上的一个节点,也称为工作站。计算机网络中常用的拓扑结构有总线
型、星型、环型等，如图1.6.1所示。
①总线拓扑结构
总线拓扑结构是一种共享通路的物理结构。这种结构中总线具有信息的双向传输功能，普遍用于局
域网的连接,总线一般采用同轴电缆或双绞线。
总线拓扑结构的优点是：安装容易,扩充或删除一个节点很容易,不需停止网络的正常工作,节点的故
障不会殃及系统。由于各个节点共用一个总线作为数据通路,信道的利用率高。但总线结构也有其缺
点：由于信道共享,连接的节点不宜过多，并且总线自身的故障可以导致系统的崩溃。
②星型拓扑结构
星型拓扑结构是一种以中央节点为中心,把若干外围节点连接起来的辐射式互联结构。这种结构适用
于局域网,特别是近年来连接的局域网大都采用这种连接方式。这种连接方式以双绞线或同轴电缆作
连接线路。
星型拓扑结构的特点是：安装容易,结构简单,费用低,通常以集线器(Hub)作为中央节点,便于维护和管
理。中央节点的正常运行对网络系统来说是至关重要的。
③环型拓扑结构
环型拓扑结构是将网络节点连接成闭合结构。信号顺着一个方向从一台设备传到另一台设备,每一台
设备都配有一个收发器,信息在每台设备上的延时时间是固定的。
这种结构特别适用于实时控制的局域网系统。
环型拓扑结构的特点是：安装容易,费用较低,电缆故障容易查找和排除。有些网络系统为了提高通信
效率和可靠性,采用了双环结构,即在原有的单环上再套一个环,使每个节点都具有两个接收通道。环
型网络的弱点是,当节点发生故障时,整个网络就不能正常工作。
④树型拓扑结构
树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树,与总线拓扑结构相比,主要区别在于总线拓扑结构中没有“根”。
这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆,用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明
的部门。
树型拓扑结构的特点：优点是容易扩展、故障也容易分离处理,缺点是整个网络对根的依赖性很大,
一旦网络的根发生故障,整个系统就不能正常工作。
4. 计算机网络协议及网络模型
⑴网络协议
在计算机网络中一系列的通信规则称为网络协议,如数据的格式是怎样的,以什么样的控制信号联络,
具体传送方式是什么,发送方怎样保证数据的完整性、正确性,接收方如何应答等等。这一系列工作就
是网络协议需要完成的功能。常见的网络协议有IPX/SPX, TCP/IP等。
⑵网络互联模型
计算机联网是随着用户的不同需要而发展起来的,是一个非常复杂的系统。不同的开发者可能会使用
完全不同的方式满足使用者的需求,由此产生了不同的网络系统和网络协议。在同一网络系统中网络
协议是一致的,节点间通信是方便的,在不同的网络系统中网络协议很可能不一致,这种不一致给网络
连接和网际网之间节点的通信造成了很大的不方便。为了解决这个问题,国际标准化组织
ISO( International Standardization Organization)于1981年推出“开放系统互联结构模型”即OSI(Open
System Interconnection)标准。该标准的目标是希望所有的网络系统都向此标准靠拢,消除不同系统之
间因协议不同而造成的通信障碍,使得在互联网范围内,不同的网络系统可以不需要专门的转换装置
就能够进行通信。
OSI不是一个实际的物理模型,而是一个将网络协议规范化了的逻辑参考模型。OSI 根据网络系统的
逻辑功能将其分为七层,并对每一层规定了功能、要求、技术特性等,但没有规定具体的实现方法。
OSI 仅仅是一个标准,而不是特定的系统或协议。网络开发者可以根据这个标准开发网络系统,制定网
络协议;网络用户可以用这个标准来考察网络系统、分析网络协议。图1.6.3是OSI 七层模型图。
应用层
表示层
会话层
传输层
网络层
数据链路层
物理层
图 1.6.3 OSI 七层参考模型
通常把计算机网络分成通信子网和资源子网两大部分。OSI 参考模型的低三层：物理层、数据链路
层和网络层归于通信子网的范畴;高三层：会话层、表示层和应用层归于资源子网的范畴。传输层起
着承上启下的作用