【网络基础】计算机网络概论

网络的产生

计算机网络是计算机技术和通信技术结合的产物。计算机硬件技术的发展提升了计算机的运算速度，而通信技术的发展提升了数据交换的速度。两者的结合推动了计算机网络的迅速发展。
网络的定义：计算机网络是利用通信设备和通信线路，将地理位置分散的、具有独立功能的多个计算机系统互连起来，通过网络软件实现网络中资源共享、数据通信的系统。

网络的发展

1. 面向终端的计算机通信网——单机系统
   单机系统的缺点：
   （1）主机既要负责数据处理，又要管理终端通信，因此主机负担很重。
   （2）由于一个终端单独使用一个通信线路，造成通讯线路利用率低。
   （3）每增加一个终端，线路控制器的软硬件都需要做出很大改动。
2. 多个自主功能的主机通过通信线路互联的的计算机网络，实现了资源共享的多机系统。
   ARPAnet是TCP/IP的前身，也是分组交换之父。
3. 标准化计算机网络：
4. 互联网络与高速网络

网络的功能

1. 资源共享
2. 数据通信
3. 集中管理和远程控制
4. 分布式信息处理
5. 提高计算机系统的可靠性
6. 娱乐和电子商务

网络的组成

通常把计算机网络中的计算机、通讯设备等称为节点，而连接这些节点的通信线路称为链路。计算机网络就是由节点以及连接节点的链路所组成的。

通信是计算机最基本的功能，以通信手段可以访问网络上的各种软件、硬件和信息资源。所以可以把网络划分为通信子网（下三层）和资源子网（高四层）两部分。

常见的网络互联设备：网卡、集线器、中继器、交换机、网桥、路由器、网关、三层交换机和无线路由器。

1. 中继器：工作在OSI模型的物理层，连接网络线路的一种装置，支持远距离的通信，常用于两个节点之间物理信号的双向转发工作。主要功能是完成信号的复制、调整和放大，延长网络长度。
2. 集线器：工作在OSI模型的物理层，集线器可看做多端口的中继器，且是星形结构的中心节点。将多台计算机连接在一个网络中。集线器的主要功能是集中电缆并再生放大信号、扩大网络的规模和传输距离。
3. 网卡：工作在链路层的网络组件，局域网中连接计算机和传输介质的接口，常见接口为RJ45。功能为数据通信、串并转换、数据缓冲。
4. 网桥：工作在OSI的数据链路层，一般是指用以连接在数据链路层以上具有相同协议的网络的软件和硬件。网桥的主要功能有地址学习、过滤转发、消除回路。
5. 路由器：工作在OSI的网络层。通过路由表获得最佳路径信息的过程被称为“路由”功能，而将从接受端口进来的数据在输出端口重新发出去的功能成为路由器的“交换”功能。“路由”和“交换”功能是路由器的两大基本功能。
6. 网关：工作在高层，主要功能为协议转换，还有流量控制和拥塞控制、路由选择、将分组分段和组装的能力。

网络的分类

按网络覆盖的地理范围分类：广域网(WAN)、城域网(MAN)、局域网(LAN)。
按网络的拓扑结构分类：总线型结构、星型结构、环形结构、网状结构、树形结构和全互连型结构。

1. 总线型结构（BUS）：
   1、总线型拓扑结构网络采用一般分布式控制方式，各结点都挂在一条共享的总线上，采用广播方式进行通信（网上所有结点都可以接收同一信息），无需路由选择功能。
   2、总线型拓扑结构主要用于局域网络，它的特点是安装简单，所需通信器材、线缆的成本低，扩展方便；
   3、由于采用竞争方式传送信息，所以在重负荷下传送效率明显降低；
   4、另外总线的某一接头接触不良时，会影响到网络的通信，使整个网络瘫痪。
2. 星型结构（Star）：
   1、每个结点都有一条唯一的链路和中心结点相连接，结点之间的通信都要经过中心结点并由其进行控制。
   2、星型结构主要用于小型局域网。特点是结构形式和控制方法比较简单，便于管理和服务；
   3、线路总长度较长，中心节点需要网络设备（集线器或交换机）；
   4、每个连接只接一个节点，所以连接点发生故障，只影响一个节点，不会影响整个网络；
   5、但对中心节点的要求较高，当中心结点出现故障时会造成全网瘫痪。所以中心节点的可靠性和冗余度（可扩展端口）要求很高。
3. 环型结构（Ring）
   1、环型拓扑为一封闭的环状。这种拓扑网络结构采用非集中控制方式，各结点之间无主从关系。
   2、环型结构主要用于组建大型、高速局域网的主干网。
   3、环中的信息单方向地绕环传送，途经环中的所有结点并回到始发结点。
   4、仅当信息中所含的接收方地址与途经结点的地址相同时，该信息才被接收，否则不予理睬。
   5、网络上任一结点发出的信息，其他结点都可以收到，因此它采用的传输信道也叫广播式信道。
   6、它的优点在于结构比较简单、安装方便，传输率较高。但单环结构的可靠性较差，当某一结点出现故障时，会引起通信中断。
4. 网状型结构（Mesh）
   网型拓扑实际上是不规则形式，它主要用于广域网。网型拓扑中两任意结点之间的通信线路不是唯一的，若某条通路出现故障或拥挤阻塞时，可绕道其他通路传输信息，因此它的可靠性较高，但它的成本也较高。 此种结构常用于广域网的主干网中。
5. 树型结构
   树型结构实际上是星型结构的发展和扩充，是一种倒树型的分级结构，具有根结点和各分支结点。现在一些局域网络利用集线器（Hub）或交换机（Switch）将网络配置成级联的树型拓扑结构。
   树型网络的特点是结构比较灵活，易于进行网络的扩展。与星型拓扑相似，当根结点出现故障时，会影响到全局。树型结构是中大型局域网常采用的一种拓扑结构

按网络传输技术分类

点到点式网络和广播式网络。

按传输介质分类

1. 有线传输介质：同轴电缆、双绞线、光纤。
2. 无线传输介质：微波、红外、激光、卫星。

按网络带宽分类

基带网(窄带网)和宽带网

按网络传输速度分类

低速网、中速网和高速网。一般来讲高速网是宽带网，低速网是窄带网。

按网络交换方式分类

电路交换网、报文交换网和分组交换网。

1. 电路交换方式：类似于传统的电话交换方式，用户在开始通信前，必须申请建立一条从发送端到接收端的物理信道，并且在双方通信期间始终占用该信道。
2. 报文交换方式：采用存储-转发原理。报文中含有目的地址，每个中间节点要为途经的报文选择适当的路径，使其能最终到达目的端。报文交换方式的数据单元是要发送的一个完整报文，其长度并无限制。
3. 分组交换方式：采用分组交换方式通信前，发送端先将数据划分为一个个等长的分组，各中间节点采用存储-转发方式进行传输分组，最终到达目的端。由于分组长度有限，可以在中间节点的内存中进行存储处理，其转发速度大大提高。

现在人们都公认ARPANET是分组交换网之父，并将分组交换网的出现作为计算机网络新时代的开始。

分布式系统

分布式系统定义是“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。”
分布式系统有以下五个特征：
（1）系统中拥有多种通用的物理和逻辑资源，可以动态地给它们分配任务。
（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。