1、內容提要計算機網絡的基本概念計算機網絡的分類計算機網絡的拓撲結構計算機網絡的體系結構什么是計算機網絡什么是計算機網絡計算機網絡，是指將地理位置不同的具有獨立功能的多臺計算機及其外部設備，通過通信線路連接起來，在網絡操作系統，網絡管理軟件及網絡通信協議的管理和協調下，實現資源共享和信息傳遞的計算機系統。簡單地說，計算機網絡就是通過電纜、電話線或無線通訊將兩臺以上的計算機互連起來的集合。計算機網絡通俗地講就是由多臺計算機（或其它計算機網絡設備）通過傳輸介質和軟件物理連接在一起組成的?？偟膩碚f計算機網絡的組成基本上包括：計算機、網絡操作系統、傳輸介質（可以是有形的，也可以是無形的，如無線網絡的傳輸介

2、質就是看不見的電磁波）以及相應的應用軟件四部分。計算機網絡的主要功能計算機網絡的主要功能計算機網絡的功能主要目的是實現計算機之間的資源共享、網絡通信和對計算機的集中管理。除此之外還有負荷均衡、分布處理和提高系統安全與可靠性等功能。1、資源共享（1）硬件資源:包括各種類型的計算機、大容量存儲設備、計算機外部設備，如彩色打印機、靜電繪圖儀等。（2）軟件資源:包括各種應用軟件、工具軟件、系統開發所用的支撐軟件、語言處理程序、數據庫管理系統等。（3）數據資源：包括數據庫文件、數據庫、辦公文檔資料、企業生產報表等。（4）信道資源：通信信道可以理解為電信號的傳輸介質。通信信道的共享是計算機網絡中最重要的共

3、享資源之一。2、網絡通信通信通道可以傳輸各種類型的信息,包括數據信息和圖形、圖像、聲音、視頻流等各種多媒體信息。3、分布處理把要處理的任務分散到各個計算機上運行，而不是集中在一臺大型計算機上。這樣，不僅可以降低軟件設計的復雜性，而且還可以大大提高工作效率和降低成本。4、集中管理計算機在沒有聯網的條件下，每臺計算機都是一個“信息孤島”。在管理這些計算機時，必須分別管理。而計算機聯網后，可以在某個中心位置實現對整個網絡的管理。如數據庫情報檢索系統、交通運輸部門的定票系統、軍事指揮系統等。5、均衡負荷當網絡中某臺計算機的任務負荷太重時，通過網絡和應用程序的控制和管理，將作業分散到網絡中的其它計算機中

4、，由多臺計算機共同完成。計算機網絡的結構組成一個完整的計算機網絡系統是由網絡硬件和網絡軟件所組成的。網絡硬件是計算機網絡系統的物理實現,網絡軟件是網絡系統中的技術支持。兩者相互作用,共同完成網絡功能。n網絡硬件：一般指網絡的計算機、傳輸介質和網絡連接設備等。n網絡軟件：一般指網絡操作系統、網絡通信協議等網絡硬件的組成1、主計算機2、網絡工作站3、網絡終端4、通信處理機5、通信線路6、信息變換設備網絡軟件的組成網絡軟件的組成1、網絡操作系統網絡操作系統是網絡軟件中最主要的軟件,用于實現不同主機之間的用戶通信，以及全網硬件和軟件資源的共享，并向用戶提供統一的、方便的網絡接口,便于用戶使用網絡。目前

5、網絡操作系統有三大陣營：UNIX、NetWare和Windows。目前， 我國最廣泛使用的是Windows網絡操作系統。2、網絡協議軟件網絡協議是網絡通信的數據傳輸規范，網絡協議軟件是用于實現網絡協議功能的軟件。目前, 典型的網絡協議軟件有TCP/IP協議、IPX/SPX協議、IEEE802標準協議系列等。其中, TCP/IP是當前異種網絡互連應用最為廣泛的網絡協議軟件。3、網絡管理軟件網絡管理軟件是用來對網絡資源進行管理以及對網絡進行維護的軟件，如性能管理、配置管理、故障管理、記費管理、安全管理、網絡運行狀態監視與統計等。4、網絡通信軟件是用于實現網絡中各種設備之間進行通信的軟件，使用戶能夠

6、在不必詳細了解通信控制規程的情況下，控制應用程序與多個站進行通信,并對大量的通信數據進行加工和管理。 5、網絡應用軟件網絡應用軟件是為網絡用戶提供服務，最重要的特征是它研究的重點不是網絡中各個獨立的計算機本身的功能，而是如何實現網絡特有的功能。計算機網絡的分類n從網絡的作用范圍進行分類n廣域網 WAN (Wide Area Network)n局域網 LAN (Local Area Network) n城域網 MAN (Metropolitan Area Network)n接入網 AN (Access Network) 廣域網、城域網、接入網以及局域網的關系 城域網城域網接入網接入網接入網接入網

7、接入網接入網廣域網局域網局域網校園網企業網按傳輸介質分類按傳輸介質分類1、有線網（WiredNetwork） 雙絞線：其特點是比較經濟、安裝方便、傳輸率和抗干擾能力一般，廣泛應用于局域網中。 同軸電纜：俗稱細纜，現在逐漸淘汰。 光纖電纜：特點是光纖傳輸距離長、傳輸效率高、抗干擾性強，是高安全性網絡的理想選擇。 2、 無線網（Wireless Network） 無線電話網：是一種很有發展前途的連網方式。 語音廣播網：價格低廉、使用方便，但安全性差。 無線電視網：普及率高，但無法在一個頻道上和用戶進行實時交互。 微波通信網：通信保密性和安全性較好。 衛星通信網：能進行遠距離通信，但價格昂貴。計算機

8、網絡的拓撲結構n常用的拓樸結構有：總線型結構、環型結構、星型結構、樹型結構。1、總線型拓撲結構總線型拓撲結構是指：網絡上的所有計算機都通過一條電纜相互連接起來總線上的通信：在總線上，任何一臺計算機在發送信息時，其他計算機必須等待。而且計算機發送的信息會沿著總線向兩端擴散，從而使網絡中所有計算機都會收到這個信息，但是否接收，還取決于信息的目標地址是否與網絡主機地址相一致，若一致，則接受；若不一致，則不接收。特點：其中不需要插入任何其他的連接設備。網絡中任何一臺計算機發送的信號都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計算機接收。有時又稱這種網絡結構為點對點拓樸結構。優點：連接簡單、易于安裝、成本費

9、用低缺點： 傳送數據的速度緩慢：共享一條電纜，只能有其中一臺計算機發送信息，其他接收。維護困難：因為網絡一旦出現斷點，整個網絡將癱瘓，而且故障點很難查找。2、星型拓撲結構：每個節點都由一個單獨的通信線路連接到中心節點上。中心節點控制全網的通信，任何兩臺計算機之間的通信都要通過中心節點來轉接。因些中心節點是網絡的瓶頸，這種拓樸結構又稱為集中控制式網絡結構，這種拓撲結構是目前使用最普遍的拓撲結構，處于中心的網絡設備跨越式集線器（Hub）也可以是交換機。優點：結構簡單、便于維護和管理，因為當中某臺計算機或頭條線纜出現問題時，不會影響其他計算機的正常通信，維護比較容易。缺點：通信線路專用，電纜成本高；

10、中心結點是全網絡的可靠瓶頸，中心結點出現故障會導致網絡的癱瘓。3、環型拓撲結構：環型拓撲結構是以一個共享的環型信道連接所有設備，稱為令牌環。在環型拓撲中，信號會沿著環型信道按一個方向傳播，并通過每臺計算機。而且，每臺計算機會對信號進行放大后，傳給下一臺計算機。同時，在網絡中有一種特殊的信號稱為令牌。令牌按順時針方向傳輸。當某臺計算機要發送信息時，必須先捕獲令牌，再發送信息。發送信息后在釋放令牌。優點：電纜長度短：環型拓撲網絡所需的電纜長度和總線拓撲網絡相似，但比星型拓撲結構要短得多。增加或減少工作站時，僅需簡單地連接?？墒褂霉饫w；它的傳輸速度很高，十分適用一環型拓撲的單向傳輸。傳輸信息的時間是

11、固定的，從而便于實時控制。缺點：節點過多時,影響傳輸效率。環某處斷開會導致整個系統的失效，節點的加入和撤出過程復雜。檢測故障困難：因為不是集中控制，故障檢測需在網個各個節點進行，故障的檢測就不很容易。4、樹型拓撲結構樹型結構是星型結構的擴展，它由根結點和分支結點所構成。優點：結構比較簡單，成本低。擴充節點方便靈活。缺點：對根結點的依賴性大，一旦根結點出現故障，將導致全網不能工作；電纜成本高。5、網狀結構與混合型結構網狀結構是指將各網絡結點與通信線路連接成不規則的形狀，每個結點至少與其他兩個結點相連，或者說每個結點至少有兩條鏈路與其他結點相連n優點：可靠性高；因為有多條路徑，所以可以選擇最佳路徑

12、，減少時延，改善流量分配，提高網絡性能，但路徑選擇比較復雜。n缺點：結構復雜，不易管理和維護；線路成本高；適用于大型廣域網。計算機網絡的主要性能指標 帶寬n“帶寬”(bandwidth)本來是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。n現在“帶寬”是數字信道所能傳送的“最高數據率”的同義語，單位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 常用的帶寬單位n更常用的帶寬單位是n千比每秒，即 kb/s （103 b/s）n兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s）n吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s）n太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）n請注意：在計算機界，K = 210

13、= 1024 M = 220, G = 230, T = 240。計算機網絡的體系結構 n計算機網絡的體系結構(architecture)是計算機網絡的各層及其協議的集合。 n體系結構就是這個計算機網絡及其部件所應完成的功能的精確定義。n實現(implementation)是遵循這種體系結構的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。n體系結構是抽象的，而實現則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。 ISO/OSI網絡體系結構國際標準化組織ISO(International Standards Organization)在80年代提出的開放系統互聯參考模型OSI(Open System I

14、nterconnection)，這個模型將計算機網絡通信協議分為七層。物理層n物理層建立在物理通信介質的基礎上，作為系統和通信介質的接口，用來實現數據鏈路實體間透明的比特 (bit) 流傳輸。只有該層為真實物理通信，其它各層為虛擬通信。物理層實際上是設備之間的物理接口，物理層傳輸協議主要用于控制傳輸媒體。數據鏈路層n數據鏈路層為網絡層相鄰實體間提供傳送數據的功能和過程；提供數據流鏈路控制；檢測和校正物理鏈路的差錯。物理層不考慮位流傳輸的結構，而數據鏈路層主要職責是控制相鄰系統之間的物理鏈路，傳送數據以幀為單位，規定字符編碼、信息格式，約定接收和發送過程，在一幀數據開頭和結尾附加特殊二進制編碼作

15、為幀界識別符，以及發送端處理接收端送回的確認幀，保證數據幀傳輸和接收的正確性，以及發送和接收速度的匹配，流量控制等。數據鏈路層的目的n提供建立、維持和釋放數據鏈路連接以及傳輸數據鏈路服務數據單元所需的功能和過程的手段。數據鏈路連接是建立在物理連接基礎上的，在物理連接建立以后，進行數據鏈路連接的建立和數據鏈路連接的拆除。具體說，每次通信前后，雙方相互聯系以確認一次通信的開始和結束，在一次物理連接上可以進行多次通信。數據鏈路層檢測和校正在物理層出現的錯誤。網絡層n廣域網絡一般都劃分為通信子網和資源子網，物理層、數據鏈路層和網絡層組成通信子網，網絡層是通信子網的最高層，完成對通信子網的運行控制。網絡

16、層和傳輸層的界面，既是層間的接口，又是通信子網和用戶主機組成的資源子網的界限，網絡層利用本層和數據鏈路層、物理層兩層的功能向傳輸層提供服務。傳輸層n從傳輸層向上的會話層、表示層、應用層都屬于端一端的主機協議層。傳輸層是網絡體系結構中最核心的一層，從這層開始，各層通信全部是在源與目標主機上的各進程間進行的。傳輸層為源主機和目標主機之間提供性能可靠、價格合理的數據傳輸。具體實現上是在網絡層的基礎上再增添一層軟件，使之能屏蔽掉各類通信子網的差異，向用戶提供一個通用接口，使用戶進程通過該接口，方便地使用網絡資源并進行通信。會話層n會話是指兩個用戶進程之間的一次完整通信。會話層提供不同系統間兩個進程建立

17、、維護和結束會話連接的功能；提供交叉會話的管理功能，有一路交叉、兩路交叉和兩路同時會話的3種數據流方向控制模式。會話層是用戶連接到網絡的接口。表示層n表示層的目的是處理信息傳送中數據表示的問題。表示層的主要功能是完成被傳輸數據表示的解釋工作，包括數據轉換、數據加密和數據壓縮等。表示層協議主要功能有：為用戶提供執行會話層服務原語的手段；提供描述負載數據結構的方法；管理當前所需的數據結構集和完成數據的內部與外部格式之間的轉換。應用層n應用層作為用戶訪問網絡的接口層，給應用進程借助于應用實體 (AE)、實用協議和表示服務來交換信息，應用層的作用是在實現應用進程相互通信的同時，完成一系列業務處理所需的

18、服務功能。應用層作為用戶訪問網絡的接口層，給應用進程提供了訪問OSI環境的手段。 五層協議的體系結構 nTCP/IP 是四層的體系結構：應用層、運輸層、網際層和網絡接口層。n最下面的網絡接口層并沒有具體內容。n因此往往采取折中的辦法，即綜合 OSI 和 TCP/IP 的優點，采用一種只有五層協議的體系結構 。 五層協議的體系結構 n應用層(application layer) n運輸層(transport layer) n網絡層(network layer) n數據鏈路層(data link layer) n物理層(physical layer) 數據鏈路層5 應用層4 運輸層3 網絡層2 數

19、據鏈路層1 物理層計算機 1 向計算機 2 發送數據 5432154321計算機 1AP2AP1計算機 2應用進程數據先傳送到應用層加上應用層首部，成為應用層 PDU計算機 1 向計算機 2 發送數據 5432154321計算機 1AP2AP1計算機 2應用層 PDU 再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文計算機 1 向計算機 2 發送數據 5432154321計算機 1AP2AP1計算機 2運輸層報文再傳送到網絡層加上網絡層首部，成為 IP 數據報（或分組）計算機 1 向計算機 2 發送數據 5432154321計算機 1AP2AP1計算機 2IP 數據報再傳送到數據鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數據鏈路層幀計算機 1 向計算機 2 發送數據 5432154321計算機 1AP2AP1計算機 2數據鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體計算機 1 向計算機 2 發送數據 n應用層(a