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6計算機網絡技術基礎隨著計算機技術和網絡技術的飛速發展，人們的生活、工作已經離不開計算機，離不開網絡。幾乎每個家庭、每個辦公室，很多的圖書館、餐廳、候機廳等都有有線或無線網絡。雖然會依據用戶數目的不同、使用需求的不同、使用環境的不一致等因素，建立網絡規模有大有小、有復雜有簡單、需要的設備有多有少，但基本的需求都一樣，那就是實現信息資源共享、通信交流、協同工作等。1．借助百度網站檢索標題中包含“量子通信”關鍵詞的所有頁面2．借助抖音網頁版搜索有關“云計算”的視頻22計算機網絡的拓撲結構計算機網絡體系結構與協議局域網基礎知識計算機網絡的基本組成與常用的網絡設備互聯網基礎知識虛擬專用網絡計算機網絡概述計算機網絡的類型6.26.1目錄6.36.46.56.66.76.86.

1計算機網絡概述在當今這個時代，網絡和我們息息相關，別說斷網了，網絡卡頓一會兒都會影響我們的生活。這時候大家會不會很想知道網絡出現問題的原因是什么呢？是不是很想了解一下網絡呢？其實網絡還有個名字叫作計算機網絡，顧名思義就是由計算機組成的網絡。36.1.1計算機網絡的概念計算機網絡是將地理上分散的、具有獨立功能的兩臺或兩臺以上的計算機通過通信線路或者通信網絡、網絡設備連接起來所組成的一個系統，再配置功能完善的網絡軟件及協議，在原本獨立的計算機之間實現軟硬件資源共享、數據通信、信息傳遞以及協同完成某些數據處理工作的系統。關于計算機網絡的簡單定義：一些相互連接的、以共享資源為目的的、自治計算機的集合。①自治是指相互連接的計算機系統彼此獨立，不存在主從或者控制與被控制的關系。②計算機不僅指計算機設備，還包括能連接網絡的網絡設備、通信設備，也包括智能手機、智能設備、平板電腦、交換機、路由器等。③互連是指利用通信鏈路連接相互獨立的計算機系統。通信鏈路可以是雙絞線、光纖、微波、通信衛星等。不同鏈路的傳輸速率不同，在計算機網絡中傳輸速率也被稱為帶寬，單位為bit/s。計算機網絡定義中的“自治計算機”，通常稱為“主機”（Host）或“端系統”（EndSystem）。只要是連接到互聯網上的設備，都可以被稱為主機或端系統。6.1.2計算機網絡的常用術語1．數據通信數據通信指數據經過一定的處理，能在有線或無線的傳輸系統中進行的通信，其處理的目的是要保證準確、無誤地傳送數據。2．傳送隊列——并行傳輸和串行傳輸數據傳送要有一定的順序，如果順序錯了，“字”的含義就變了。因此，當發送端把數據通過信道傳送到接收端時，一定要按規格并保證順序不變的原則。所謂規格，就是一個字占多少位，所謂順序，就是位的排列。通常數據的傳遞有兩種方式：一種稱為“并行傳輸”；另一種稱為“串行傳輸”。聯想一下方塊隊行進的情形，方塊隊有多行，每行有8人（列），并行傳輸就好像每一行的8人“齊步走”，一起到達終點。確切地講，并行傳輸就是把每一個字符所包含的幾個位（如8位）同時從發送端傳送出去。隔一段時間之后，再按同樣的方法傳送下一個字符。串行傳輸就是使每一行的8人按順序一個個地行進，依次到達終點。確切地講，串行傳輸就是在發送端把每一個字符所包含的幾個位（如8位）按順序一個個地傳送出去，隔一段時間之后，再按同樣的方法傳送下一個字符。453．單行線與雙行線——單工、半雙工和全雙工數據的流動就好像火車行駛一樣，火車要有車頭、車廂和車尾，數據（如報文）也要有報頭、數據信息和報尾。火車要在鐵路上行駛，數據也要在信道中流動。鐵路有雙線和單線，公路也有雙行線和單行線，通信信道也是這樣。（1）單工通信所謂單工通信，就是指傳送的數據始終向一個方向傳送，而不能進行與此相反方向的傳送，好像單行線一樣。（2）半雙工通信所謂半雙工通信，就是指傳送的數據可以向兩個方向傳送，但不是同時，就像單線鐵路一樣，某時允許A站發出列車到B站，某時又允許B站發出列車到A站，火車往返運行要由調度控制。（3）全雙工通信所謂全雙工通信，就是指傳送的數據可以同時向兩個方向傳送，好像雙線鐵路一樣，其中一條線路只允許A站發出列車到B站，另一條線路只允許B站發出列車到A站，兩站可同時或不同時發送列車。讓兩路數據通過調制的方法，在共同的信道中傳輸而不沖突，就像在馬路中間畫一條黃線，只要司機開車不越黃線逆行，就不會發生碰撞。64．交通指揮——同步和轉接在十字路口，通常會有紅綠燈轉換，或者由交通警察指揮，交通指揮是汽車流量和流向控制的重要環節。數據信息的流動也同樣需要有“交通指揮”，來指揮一組組數據的傳輸。指揮時要注意兩個問題：一是“同步”，即每一組數據都要有它明顯的頭、尾標志，以便每到一個“節點”（分岔口）轉向一條新路時，該組數據能完整轉向，也就是說，節點能準確截斷數據流，防止出現一組數據中間被截斷；二是“轉接”，即數據流的流向控制，要能準確地將其按地址轉接到規定的路徑。數據同步主要是區分每一組數據首尾，它要求一組數據的前和后要有明顯的標記，也就是說發送端要給接收端（或中轉站）以明顯的同步標記。正如在公路上看到的迎賓車隊，前面第一輛車要發出閃光和警報信號（表示起始），最后一輛車則打著雙轉向黃色閃光燈（表示結束），這樣，交警指揮時就不會出現車隊被截斷的情況。數據從發送端傳遞到接收端時，中間要通過很多轉接的節點，該節點有時稱為“交換中心”。節點就好像車隊到了交叉路口，由紅綠燈或交警決定車輛何時行駛及行駛方向。我們知道，為確保每個車隊能順利到達終點有兩種方法：一是事先聯系并通知各交叉路口，建立好一條專用通道，然后快速通過完整的一組車隊，最后解除該專用通道，此間其他各路車隊都不得駛入這條通道，正如前面介紹的迎賓車隊，這類似于“電路轉接方式”；二是司機根據地址行駛，每到一個交叉路口，用轉向燈告知交警將要轉向的路徑，這類似于“存儲轉接方式”。75．客戶端和服務器客戶端/服務器（Client/Server，C/S）系統是計算機網絡（尤其是互聯網）中最重要的應用技術之一，其系統結構是指把一個大型的計算機應用系統變為多個能互相獨立的子系統，而服務器便是整個應用系統資源的存儲與管理中心，多臺客戶端則各自處理相應的功能，共同實現完整的應用。用戶使用應用程序時，首先啟動客戶端通過有關命令告知服務器進行連接以完成各種操作，而服務器則按照有關命令提供相應的服務。在局域網中，計算機硬件一般就在附近并且看得見，人們通常用“服務器”這個詞來稱呼運行服務器程序的計算機。在互聯網中，通?？床坏接嬎銠C硬件，其中的“客戶端”和“服務器”一般是指裝載有相應程序的計算機，前者是請求服務的計算機，后者是可提供服務的計算機。（1）服務器服務器（Server）一般是高性能的計算機，用于網絡管理、運行應用程序、處理各網絡客戶端成員的信息請求等，并連接一些外部設備。根據其作用的不同分為文件服務器、應用程序服務器和數據庫服務器等?；ヂ摼W網管中心就有Web服務器、FTP服務器等各類服務器。廣義上的服務器是指為運行在其他計算機上的客戶端程序提供某種特定服務的計算機或軟件包。一臺單獨的服務器上可以同時有多個服務器軟件包在運行，也就是說，它們可以向網絡上的客戶提供多種不同的服務。8（2）客戶端客戶端也稱工作站（Workstation），是指連入網絡的計算機，它接受網絡服務器的控制和管理，能夠共享網絡上的各種資源。客戶端的性能可以很好，以便用于復雜的數學計算或者圖形處理；性能也可以很一般，如僅用于文字處理或者運行其他簡單的應用軟件，具體視實際需求而定。網絡客戶端需要運行網絡操作系統的客戶端軟件?？蛻舳说娜蝿帐沁B接上相對應的服務器，并確保對應的指令正確執行。用戶的任務就是啟動客戶端，并讓它執行程序。6．P2P模式P2P模式即對等連接，是指兩臺主機在通信時并不區分哪一個是服務請求方、哪一個是服務提供方。只要兩臺主機都運行了對等連接軟件，它們就可以平等地通信，每一個主機既是客戶端又是服務器，當然本質上仍是C/S。7．C/S模式C/S模式即客戶端/服務器模式，客戶端和服務器是指通信中所涉及的兩個應用進程，客戶端是服務請求方，服務器是服務的提供方。客戶端必須知道服務器的地址，反之不必。98．瀏覽器瀏覽器是用來檢索、展示以及傳遞Web信息資源的應用程序。Web信息資源由統一資源標識符（UniformResourceIdentifier，URI）標記，它是一個網頁、一張圖片、一段視頻或者任何在Web上所呈現的內容。使用者可以借助超鏈接（Hyperlink），通過瀏覽器瀏覽互相關聯的信息。主流的瀏覽器分為MicrosoftEdge、Chrome、Firefox、Safari等幾大類。9．B/S模式B/S模式即瀏覽器/服務器方式。在服務器中安裝MySQL、SQLServer、Oracle等數據庫管理系統，瀏覽器通過Web服務器與數據庫進行數據交換。10．Web緩存器Web緩存器（WebCache）是一種特殊的HTTP代理服務器，可以將經過代理傳送的常用文檔復制并保存下來，下一個請求同一文檔的客戶端就可以享受緩存的私有副本提供的服務了。11．網關網關（Gateway）是一種特殊的服務器，用作其他服務器的中間體，通常用于將HTTP轉換成其他協議。網關接收請求時就好像自己是資源的源端服務器一樣，客戶端可能并不知道自己在1012．代理代理（Proxy）位于客戶端與服務器之間，它將客戶端的請求轉發給服務器，所以，它還可以對請求和響應進行過濾。13．節點節點可以是計算機、集線器、路由器、交換機等設備。14．鏈路鏈路指無源的點到點的物理連接。有線通信時，鏈路指兩個節點之間的物理線路，如電纜或光纖。無線通信時，鏈路指基站和終端之間傳播電磁波的路徑空間。水聲通信時鏈路指換能器和水聽器之間的傳播聲波的路徑空間。15．實體實體指任何可發送或接收信息的硬件或軟件進程。16．對等實體對等實體指位于同等層中相互通信的兩個實體，對等實體之間處理相同的協議數據單元（ProtocolDataUnit，PDU）。17．服務在協議的控制下，本層向上一層提供服務，本層使用下一層所提供的服務。1118．套接字不同計算機上的進程通過套接字收發報文，套接字=IP地址+端口，可以將套接字理解為插座的一公一母，連起來就是一個TCP連接。19．MAC地址介質訪問控制（MediumAccessControl，MAC）地址是指網絡設備在出廠前由廠家寫入硬件的地址，當設備連入互聯網后，計算機會使用地址解析協議（AddressResolutionProtocol，ARP）來建立IP地址和MAC地址之間的關系。20．CookieCookie存在于客戶端，用于保存用戶狀態。21．SessionSession用來追蹤每個用戶的會話，使用服務器生成的Session_id進行標識，用來區別用戶。Session存放在服務器的內存中，Session_id存放在服務器內存以及客戶端的Cookie中。當用戶請求來自應用程序的Web頁時，如果該用戶還沒有會話，則Web服務器將自動創建一個Session對象。當會話過期或被放棄后，服務器將終止該會話。當用戶發送請求的時候，服務器將用戶Cookie里面記錄的Session_id和服務器內存中存放的Session_id進行比對，從而找到用戶對應的Session進行操作。如果客戶端禁用了Cookie，那么Session也就沒有辦法使用了。1222．MIME在互聯網上有很多不同的數據類型，HTTP為每種需要通過Web傳輸的對象都打上了一個名為MIME類型的數據格式標簽。Web服務器在數據傳輸中會為所有HTTP對象數據附加一個MIME類型。當Web瀏覽器從服務器中取回一個對象時，會去查看相關的MIME類型，看看它是否知道該如何處理這個對象。簡言之，MIME類型就是HTTP報文中的Content-type，起到標記的作用，瀏覽器根據這個類型決定如何處理數據。6.1.3計算機網絡的性能參數1．速率速率指數據的傳送速率，單位是bit/s。2．帶寬在計算機網絡中，帶寬表示單位時間內網絡中某信道所能通過的“最高數據量”，單位為bit/s。3．吞吐量吞吐量表示在發送端與接收端之間實際的傳送數據速率，單位為bit/s。4．時延時延指數據從網絡的一端傳送到另外一端所需的時間。（1）發送時延發送時延是主機或路由器發送數據幀所需要的時間。發送時延=數據幀長度（單位為bit）/發送速率（單位為bit/s）。（2）傳播時延傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。傳播時延=信道長度（單位為m）/電磁波在信道上的傳播速率（單位為m/s）。13（3）處理時延主機或路由器在收到分組時對其進行處理需要花費的時間。（4）排隊時延在分組進入路由器后在輸入隊列中排隊等待處理需要花費的時間。5．往返時間往返時間指從發送方發送數據開始，到發送方收到來自接收方的確認，總共經歷的時間。6．信道利用率信道利用率指某信道有百分之幾的時間是有數據通過的。信道利用率并非越高越好，因為當利用率增大時，該信道引起的時延也會迅速增加。146.1.4計算機網絡的主要功能計算機網絡有很多用處，其中十分重要的3個功能是數據通信、資源共享、分布處理。1．數據通信數據通信是計算機網絡基本的功能，其他的重要功能也都需要依賴數據通信來完成，它用來快速傳送計算機與終端、計算機與計算機之間的各種信息，包括文字信息、新聞消息、咨詢信息、圖片資料、報紙版面等。利用這一特點，可實現將分散在各個地區的單位或部門用計算機網絡聯系起來，進行統一的調配、控制和管理。2．資源共享資源共享是建立計算機網絡的主要目的，可以共享的不僅是數據資源，還有軟件資源和硬件資源。這里的“資源”指的是網絡中所有的軟件、硬件和數據資源。通過在不同主機之間實現快速的信息交換，計算機網絡可實現資源共享這一核心功能。計算機網絡把具有獨立功能的多個計算機系統通過通信設備和通信信道連接起來，并通過網絡軟件（網絡協議、信息交換方式及網絡操作系統等）實現網絡中各種資源的共享。“共享”指的是網絡中的用戶都能夠部分或全部地享受這些資源。信息檢索、看視頻、刷微博等是數據資源共享；我們使用的各種應用軟件就是典型的軟件資源共享；云服務器、云桌面等就是硬件資源共享。例如，某些地區或單位的數據庫（如飛機機票、酒店客房等）可供全網使用；某些單位設計的軟件可供需要的地方有償調用或辦理一定手續后調用；一些外部設備如打印機，可面向用戶，使不具有這些設備的地方也能使用這些硬件設備。如果不能實現資源共享，各地區都需要有一套完整的軟件、硬件及數據資源，這將大大地增加全系統的投資。3．分布處理當某臺計算機負擔過重時，或該計算機正在處理某項工作時，網絡可將新任務轉交給空閑的計算機來完成，這樣處理能均衡各計算機的負載，提高處理問題的實時性；對大型綜合性問題，可將問題各部分交給不同的計算機分頭處理，充分利用網絡資源，增強計算機的處理能力，即增強實用性。對解決復雜問題來講，可聯合使用多臺計算機并將其構建成高性能的計算機體系，這種協同工作、并行處理要比單獨購置高性能的大型計算機便宜得多。156.1.5計算機網絡的典型應用隨著計算機網絡的發展與普及，網絡上的應用也越來越多樣化。下面列舉一些典型的網絡應用。1．信息檢索2．網絡通信3．辦公自動化4．管理信息化5．電子商務6．電子政務7．遠程教育8．豐富的娛樂和消遣166.1.6計算機網絡的傳輸介質網絡傳輸介質是指在網絡中傳輸信息的載體，常用的網絡傳輸介質包括有線傳輸介質（同軸電纜、雙絞線、光纖等）和無線傳輸介質（無線電波、紅外線、微波、衛星和激光等）。不同的傳輸介質，其特性各不相同，不同的特性對網絡中數據通信質量和通信速度有較大影響。無線傳輸的優點在于安裝、移動以及變更都較容易，不會受到環境的限制。但信號在無線傳輸過程中容易受到干擾和被竊取，且初期的安裝費用較高。在局域網中，通常只使用無線電波和紅外線作為傳輸介質。171．同軸電纜同軸電纜是一種信號傳輸線，一般由4層物料組成：最內里是一條導電銅線，線的外面有一層塑膠（作絕緣體、電介質）圍攏，塑膠外面又有一層薄的網狀導電體（一般為銅或合金），導電體最外層是作為外皮的絕緣物料，如圖6-4所示。同軸電纜一般用于早期以太網，傳輸速率通常在10Mbit/s以內。粗纜的傳輸速率可以在1Gbit/s～2Gbit/s，不過現在幾乎被雙絞線取代了。圖6-4同軸電纜2．雙絞線雙絞線是目前使用十分普遍的傳輸介質。雙絞線是由多組絕緣銅導線相互纏繞而成的線纜，雙絞線內部介質也是銅線，內部傳輸為電信號。根據電磁原理，變化的電流會產生磁場，纏繞線纜的目的是：兩兩抵消磁場，降低信號干擾。市面上的雙絞線通常為八芯雙絞線，如圖6-5所示，建議傳輸距離不超過10m。目前常見的網線標準有5類線、超5類線、6類線、超6類線和7類線這5種。不同標準的網線傳輸速率不同，但是都不建議傳輸距離超過100m。5類非屏蔽雙絞線（UnshieldedTwistedPair，UTP）的頻率帶寬為100MHz，6類、7類雙絞線可以分別工作在200MHz、600MHz的頻率帶寬上，并且采用特殊設計的RJ45插頭。雙絞線常用在10Base-T和100Base-T的以太網中，雙絞線每端需要一個RJ45插頭，如圖6-6所示，利用雙絞線通過集線器互聯，可以連接更多的站點。18

圖6-5八芯雙絞線

圖6-6RJ45插頭雙絞線可以分為非屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線（ShieldedTwistedPair，STP）。（1）非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線由4組兩條一對的、互相纏繞的，并包裝在絕緣管套中的銅線組成，每對顏色相同的線傳遞來回兩個方向的電脈沖，這樣設計是為利用電磁感應相互抵消的原理來屏蔽頻率小于30MHz的電磁干擾。由于非屏蔽雙絞線有絕緣管套作為屏蔽層，因此其適用于網絡流量不大的場合，并且價格較低，我們日常項目中使用較多的是非屏蔽雙絞線。（2）屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線之外加屏蔽層即為屏蔽雙絞線，通過屏蔽的方式，減少了衰減和噪聲，從而提供了更加潔凈的電信號和更長的電纜，但是屏蔽雙絞線價格更加昂貴，重量更重并且不易安裝。由于屏蔽雙絞線有錫箔保護層，對電磁干擾有較強的抵抗力，能有效防止數據泄露，因此其適合網絡流量較大的高速網絡協議應用，同時可減少外部環境對數據傳輸的干擾。3．光纖光纖全稱光導纖維，通常由玻璃或塑料制成，最外層會涂一層隔絕光線的材料，可作為光傳導介質，如圖6-7所示。光纖利用內部全反射原理來傳導光束，通過光電信號轉換器可進行光電信號的轉換。19光纖具有絕緣性能好、信號衰減小、傳輸速度快、傳輸距離大的優勢，是遠距離傳輸的理想之選，通常應用于主干網的連接，不受外界電磁場的影響，帶寬幾乎無限制，可以實現每秒萬兆位的數據傳送，傳輸距離可達數百千米。光纖有單模光纖和多模光纖之分，介紹如下。①單模光纖一般采用激光注入二極管為光源，光信號可以沿著光纖的軸向傳播，定向性好、損耗少、效率高、傳輸距離長（可在20km～120km），但價格昂貴。②多模光纖一般采用發光二極管（LightEmittingDiode，LED）或垂直腔面發射激光器（VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，VCSEL）作為光源，價格便宜，定向性較差，適用于低速、短距離的場景。例如，一個局域網里的交換機之間的互聯，交換機和路由器之間的互聯都可以用多模光纖，傳輸距離在2km以內。20圖6-7光纖4．無線電波隨著終端的多樣化以及有線網絡對設備移動范圍的限制，我們使用電磁波作為對有線網絡的擴展，電磁波可以突破網線限制。電磁波的范圍很廣，適合作為信號傳輸的介于3Hz～300GHz的無線電波，無線電波又被稱為射頻（RadioFrequency，RF）電波，無線網絡用的就是無線電波中超高頻的部分。國內常用的頻段是2.4GHz和5GHz。無線電波可以穿透墻壁，也可以到達普通網絡線纜無法到達的地方。用無線電鏈路連接計算機的時候，無須考慮墻壁阻擋和視線的問題。另外，無線電不受雨雪天氣的干擾。5．微波微波是無線電波的一種形式，是指頻率在300MHz～300GHz的電磁波。微波具有易于集聚成束、高度定向性以及直線傳播的特性，可用來在無阻擋的自由空間傳輸高頻信號。微波頻率比一般的無線電波頻率高，通常也稱為“超高頻電磁波”。6．紅外線和激光紅外線通信和激光通信也像微波通信一樣有很強的方向性，都是沿直線傳播的。紅外線通信和激光通信要把傳輸的信號分別轉換為紅外光信號和激光信號，直接在空間傳播。其優點是不需要鋪設電纜，非常適合搭建公共場所的局域網，但受氣候影響比較大。7．衛星通信衛星通信以人造衛星為微波中繼站，屬于微波通信的特殊形式。其優點是容量大、距離遠，缺點是傳播時延長。216.

2數據庫系統網絡中計算機設備之間的距離可近可遠，網絡覆蓋地域面積可大可小。按照聯網的計算機之間的距離和網絡覆蓋面的不同，一般分為個域網、局域網（LocalAreaNetwork，LAN）、城域網（MetropolitanAreaNetwork，MAN）、廣域網（WideAreaNetwork，WAN）和無線網。局域網相當于公司、學校的內部電話網，城域網猶如某地只能撥通市話的電話網，廣域網好像國內直撥電話網或國際長途電話網。按交換方式分類，計算機網絡可以分為電路交換網絡、報文交換網絡和分組交換網絡。2．局域網所謂局域網，就是在局部區域內由多臺計算機互聯而成的網絡，它所覆蓋的區域較小。局域網在計算機數量配置上沒有太多的限制，少的可以只有兩臺，多的可有幾百臺。局域網所涉及的地理距離一般來說小于10km。22在計算機網絡中，倘若每臺計算機的地位平等，都可以平等地使用其他計算機內部的資源，每臺計算機磁盤上的空間和文件都成為公共財產，這種網就稱為對等局域網（PeertoPeerLAN），簡稱對等網。對等網中計算機資源的共享方式將會導致計算機的速度比平時慢，但對等網非常適用于小型的、任務少的局域網，例如，在普通辦公室、家庭、游戲廳、學生宿舍內建設的小局域網。如果網絡所連接的計算機較多（在10臺以上）且共享資源較多時，就需要考慮專門設立一個計算機來存儲和管理需要共享的資源，這臺計算機被稱為文件服務器，其他的計算機稱為客戶端，客戶端里硬盤的資源不必與他人共享。如果想與某人共享一份文件，就必須先把文件從客戶端復制到文件服務器上，或者一開始就把文件存儲在文件服務器上，這樣其他客戶端上的用戶才能訪問到這份文件。這種網絡稱為客戶端-服務器網絡。局域網可以實現文件管理、應用軟件共享、打印機共享、工作組內的日程安排、電子郵件和傳真通信服務等功能。3．城域網城域網的作用范圍一般是一個城市，可跨越幾個街區甚至整個城市，不在同一地理區域內的計算機可互連。城域網的傳輸速率在1Mbit/s以上，連接距離為5km～50km，其作用范圍在局域網和廣域網之間，采用的是IEEE802.6標準。城域網與局域網相比，擴展的距離更長，連接的計算機數量更多，在地理范圍上可以說是局域網的延伸，一個城域網通常連接著多個局域網。234．廣域網廣域網覆蓋的范圍比城域網更廣，其任務是通過長距離傳輸主機所發送的數據，它一般用于實現不同城市之間的局域網或者城域網的互聯，作用范圍可從幾十千米至幾萬千米，一個國家或國際間建立的網絡都是廣域網，因而有時也稱為遠程網。因為距離較遠，信息衰減比較嚴重，所以這種網絡一般要租用專線，通過接口消息處理器（InterfaceMessageProcessor，IMP）協議和線路連接起來，構成網狀結構。在廣域網內，用于通信的傳輸裝置和傳輸介質可由電信部門提供，它常利用公共載波提供的條件進行傳輸。通常在路由器中會有一個廣域網端口，也指接入互聯網等相對更廣的數據通信網絡的端口?；ヂ摼W是一個巨大的廣域網，是全球信息資源和資源共享的集合。有一種粗略的說法，認為互聯網是由許多小的網絡（子網）互聯而成的一個邏輯網，每個子網中連接著若干臺計算機（主機）。互聯網以相互交流信息資源為目的，基于一些共同的協議，并通過許多路由器連接而成。245．無線網隨著筆記本計算機和個人數字助理等便攜式計算機的日益普及和發展，人們經常要在路途中接聽電話、發送傳真和電子郵件、閱讀網上信息以及登錄到遠程計算機等。然而在汽車或飛機上是不可能通過有線介質與公司的網絡相連接的，這時候就需要使用無線網了。雖然無線網與移動通信經常是聯系在一起的，但這兩個概念并不完全相同。（1）無線局域網無線局域網（WirelessLocalAreaNetwork，WLAN）是指應用無線通信技術將計算機互聯起來，構成可以互相通信和實現資源共享的網絡體系。無線局域網本質的特點是不使用通信電纜將計算機與網絡連接起來，而是通過無線的方式連接，從而使網絡的構建和終端的移動更加靈活。（2）虛擬局域網虛擬局域網（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）是一組邏輯上的設備和用戶，這些設備和用戶不受物理位置的限制，可以根據功能、部門及應用等因素將它們組織起來，相互之間的通信就好像它們在同一個網段中一樣。256.3計算機網絡的拓撲結構所謂網絡拓撲結構，是指用傳輸介質把計算機等各種設備互相連接起來的物理布局，就是把網絡中的計算機等設備連接起來的方式。網絡拓撲圖，就是指將這種網絡連接結構呈現出來的幾何圖形，它能表示出網絡服務器、客戶端的網絡配置和互相之間的連接。網絡拓撲圖示例如圖6-8所示。26圖6-8網絡拓撲圖示例網絡拓撲圖的常見結構有星形拓撲結構、環形拓撲結構、總線型拓撲結構、樹形拓撲結構、網狀拓撲結構、混合型拓撲結構等。1．星形拓撲結構星形拓撲結構也稱為中心輻射形拓撲結構。星形拓撲結構網絡有一個中央節點，網絡中的其他節點（客戶端、服務器）通過點對點通信鏈路與中央節點直接相連，所有的數據必須經過中央節點，中央節點控制全網的通信，任意兩節點之間的通信都要通過中央節點，中央節點采用分時或輪詢的方法為入網計算機提供服務。中央節點通常是集線器、交換機等設備，這種結構以中央節點為中心，因此又稱為集中式網絡。星形拓撲結構如圖6-9所示。27圖6-9星形拓撲結構（1）適用場合星形拓撲結構多用于局域網中，一般使用雙絞線或光纖作為傳輸介質，符合綜合布線標準，能夠滿足多種寬帶需求。（2）優點①控制簡單。②結構簡單，連接方便，便于維護和管理。③易于監控與管理，容易診斷故障和隔離。④方便服務。（3）缺點①通信線路專用，電纜成本高，實現費用高。②中央節點是全網的可靠瓶頸，中央節點出現故障會導致網絡的癱瘓。③每臺入網計算機均需通過物理線路與中心處理機相連，線路利用率低。282．環形拓撲結構環形拓撲結構利用通信鏈路將所有節點連接成一個閉合的環，環形拓撲結構中的傳輸介質從一個端用戶連到另一個端用戶，直到將所有的端用戶連成環形。環形拓撲結構就如一串珍珠項鏈，環形拓撲結構上的每臺計算機就是項鏈上的一個珠子。環中的數據傳遞通常是單向的，每個節點可以從環中接收數據，并向環中進一步轉發數據，數據在環路中沿著一個方向在各個節點間傳輸，信息從一個節點傳到另一個節點。環形拓撲結構如圖6-10所示。29圖6-10環形拓撲結構（1）適用場合環形網絡所能實現的功能非常簡單，僅能實現一般的文件服務模式，多見于早期的局域網、園區網和城域網中，適用于實時性要求較高的環境。環形拓撲結構一般僅適用于IEEE802.5的令牌環網（TokenRingNetwork），在這種網絡中，“令牌”在環形連接中依次傳遞。所用的傳輸介質一般是同軸電纜。（2）優點①結構簡單，控制簡便，結構對稱性好，傳輸速率高。②所需電纜長度短，可以使用光纖，易于避免沖突。③信息流在網中是沿著固定方向流動的，兩個節點間僅有一條道路，簡化了路徑選擇的控制。④環路上各節點都是自舉控制的，控制軟件簡單。⑤實時性較好，信息在網絡中傳輸的最長時間固定，傳輸時延確定。30（3）缺點①可靠性低，從其網絡結構可以看到，整個網絡各節點間直接串聯，環中的每個節點均成為網絡可靠性的瓶頸，環中任意一個節點出現故障都可能會造成網絡中斷、癱瘓。②由于信息源在環路中串行地穿過各個節點，當環中節點過多時，勢必影響信息傳輸速率，使網絡的響應時間延長。③環路是封閉的，不便于擴充。④維護困難，節點故障檢測困難，對分支節點故障定位較難。⑤需要設計復雜的環維護協議。⑥擴展性能差，環形拓撲結構決定了它的擴展性能遠不如星形拓撲結構的好，如果要添加或移動節點，就必須中斷整個網絡，在環的兩端做好連接器才能連接。313．總線型拓撲結構總線型拓撲結構采用一條廣播信道作為公共傳輸介質，稱為總線，所有節點與總線連接?？偩€型拓撲結構使用同一介質或電纜連接所有端用戶，連接端用戶的物理介質由所有設備共享，各客戶端地位平等，無中央節點控制，節點間的通信均通過共享的總線進行?？偩€型拓撲結構就像一片樹葉，有一條主干線，主干線上面有很多分支。總線型拓撲結構如圖6-11所示。32圖6-11總線型拓撲結構總線型拓撲結構是指將網絡中的所有設備通過相應的硬件接口直接連接到一條公共物理傳輸線路上，網絡中所有的站點共享一條數據通道，所有的數據發往同一條線路。節點之間按廣播方式發送和接收數據，一個節點發出的信息，總線上的其他節點均可“收聽”到。一個節點發送數據時，其他節點只能接收數據。多個節點同時發送數據會出現沖突，造成傳輸失敗。由于各個節點之間通過電纜直接連接，所以總線型拓撲結構中所需要的電纜長度是最短的，但總線的負載能力有限，一條總線只能連接一定數量的節點。（1）適用場合總線型拓撲結構多見于早期的局域網，適用于對實時性要求不高的環境，著名的總線型網絡是共享介質式以太網。（2）優點①結構簡單，布線容易，使用的電纜少，且安裝容易。②使用的設備相對簡單，可靠性高。③多臺計算機共用一條傳輸信道，信道利用率較高。④成本低、組網費用低。這種結構不需要另外的互聯設備，直接通過一條總線進行連接，所以組網費用較低。⑤易于擴展。網絡用戶擴展較靈活，需要擴展節點時，只需要在總線上增加一個接線器即可。（3）缺點①因為各節點是共用總線帶寬的，所以傳輸速率會隨著接入網絡用戶的增多而下降。②總線利用率不高。因為所有節點共享一條總線，在某一時刻，其中一個節點發送數據，其他節點只能接收數據，必須等待獲得發送權。③所有的數據需經過總線傳送，總線成為整個網絡的瓶頸，總線自身的故障會導致網絡癱瘓。④由于信道共享，出錯節點的排查比較困難，因此節點不宜過多。⑤維護困難，故障診斷、隔離較困難，容易產生沖突。334．樹形拓撲結構在實際建造一個大型網絡時，往往是采用多級星形網絡，將多級星形網絡按層次方式排列即形成樹形網絡。樹形網絡可以看作總線型或星形網絡的擴展，樹形拓撲結構如圖6-12所示。樹形拓撲結構是一種層次結構，節點按層次連接，可以看成星形拓撲結構的一種擴展，形狀像一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可再帶子分支。樹形拓撲結構的數據交換主要在上、下節點之間進行，兄弟節點之間一般不進行數據交換，或數據交換量比較小。34圖6-11總線型拓撲結構（1）適用場合樹形拓撲結構適用于組建局域網。（2）優點①網絡結構簡單、控制簡單，便于管理、成本低。②易于擴展。網絡中節點擴充方便、靈活，樹形拓撲結構可以延伸出很多分支和子分支，這些新節點和新分支都能容易地加入網絡內。③故障隔離較容易，管理維護方便。如果某一分支的節點或線路發生故障，很容易將故障分支與整個系統隔離開來。④網絡時延較短，誤碼率較低。（3）缺點①網絡共享能力較差，可靠性低，中央節點負荷太重。②對根節點的依賴大，一旦根節點出現故障，則可能導致網絡大范圍無法通信，甚至會導致全網不能工作。③通信線路利用率不高，電纜成本高。355．網狀拓撲結構網狀拓撲結構是另一種非分層結構，各節點通過傳輸線互聯起來，并且每一個節點通過多條鏈路與不同的節點直接連接，入網設備直接接入節點進行通信。網狀網絡通常利用冗余的設備和線路來提高網絡的可靠性，因此，節點可以根據當前的網絡信息流量有選擇地將數據發往不同的線路。在網狀拓撲結構中，網絡中的每臺設備有點到點的鏈路連接，這種連接不經濟，只有每個站點要頻繁發送信息時才使用這種方法。網狀拓撲結構有時也稱為分布式結構。網狀拓撲結構如圖6-13所示。36圖6-11總線型拓撲結構（1）適用場合網狀拓撲結構是廣域網中常采用的一種拓撲結構，是典型的點到點結構，主要用于地域范圍大、入網主機多的環境，常用于構造廣域網，但不常用于局域網。（2）優點①網絡可靠性高，一般通信子網中任意兩個節點交換機之間存在著兩條或兩條以上的通信路徑，這樣，當某一線路或節點有故障時，網絡依然可連通，可以通過另一條線路把信息送至節點交換機，不會影響整個網絡的工作。②網狀拓撲確保了巨大的網絡彈性，如果連接斷開，既不會發生中斷也不會丟失連接，可以重新路由。③由于有多條路徑可供選擇，因此可以選擇最佳路徑，以減小傳輸時延，改善流量分配，提高網絡性能。④網絡可組建成各種形狀，采用多種通信信道、多種傳輸速率。⑤網內節點共享資源容易。⑥可以改善線路的信息流量分配。（3）缺點①網絡結構復雜，線路成本高，不易管理和維護。②由于有多條路徑，路徑選擇比較復雜，必須采用路由選擇算法、流量控制與擁塞控制方法等。376．混合型拓撲結構混合型拓撲結構就是指同時使用前文所述的5種網絡拓撲結構中2種或2種以上的網絡拓撲結構。這樣的拓撲結構可以對網絡的基本拓撲取長補短，更能滿足較大網絡的拓展需求，解決星形拓撲結構在傳輸距離上的局限問題，同時又解決了總線型拓撲結構在連接用戶數量上的限制。這種網絡拓撲結構兼顧了星形拓撲結構與總線型拓撲結構的優點，在缺點方面得到了一定的彌補。（1）適用場合混合型拓撲結構適用于絕大多數實際網絡。（2）優點①應用廣泛。②擴展靈活。（3）缺點①性能差。②網絡結構復雜，管理與維護復雜。386.4計算機網絡體系結構與協議計算機網絡體系結構是計算機之間相互通信的層次，以及各層次的協議和層次之間接口的集合。396.4.1網絡協議的概念1．網絡協議的定義“沒有規矩，不成方圓”，協議本質上是一套行為規則，網絡協議就是網絡通信實體之間在數據交換過程中需要遵循的規則或約定，是計算機網絡有序運行的重要保證。就像日常生活中的交通規則，我們可以稱之為十字路口的公路交通協議，這種協議可以確保車輛的安全通過。網絡通信也要遵循各種協議。2．協議的三要素協議約定了實體之間交換的信息類型、信息各部分的含義、信息交換順序以及收到特定信息或出現異常時應采取的行為。任何一個協議都會顯式或隱式地定義3個基本要素，即語法（Syntax）、語義（Semantics）和時序（Timing），稱為協議三要素。6.4.2計算機網絡的分層結構計算機網絡結構中采用了分層描述的方法，將整個網絡的通信功能劃分為多個層次，每層各自完成一定的任務，而且功能相對獨立。相鄰兩層由接口連接，以便實現功能的過渡，該過渡條件是接口協議，使本層通過接口向上一層提供服務；依靠層間接口連接和各層的特定功能，可實現有機組合，完成不同類別及要求的兩個系統（或計算機用戶）間的信息傳遞。例如，某間公司由上至下有總經理、部門經理、項目組長、普通職員4個層次，他們各自的職能不一樣，他們之間有對上服務、對下管轄的關系。假如這家公司想與另外一家具有同樣架構的公司進行合作，并且合作是在兩公司的普通職員之間進行實際接觸，那么合作的指示將從這家公司的總經理開始下達，一路通過部門經理、項目組長到普通職員，然后由普通職員與對方的普通職員碰面洽談細節問題，接著對方的普通職員又向對方公司的項目組長進行匯報，再經過部門經理把合作意向反映到總經理那里。這個實例說明了網絡分層通信的一個簡單過程，而實際的網絡通信中數據都是通過底層傳送的。兩個系統之間要進行通信，一是要求兩個系統必須是對等層，就好像經理跟經理談，普通職員跟普通職員談；二是要求兩對等層通信時遵守一系列的約定（即協議），正如雙方會談時要按事先安排好的程序進行。計算機網絡目前包括3個體系結構，即OSI的7層體系結構、TCP/IP的4層體系結構、5層協議體系結構。401．OSI的7層體系結構（1）應用層（2）表示層（3）會話層（4）傳輸層（5）網絡層（6）數據鏈路層（7）物理層2．TCP/IP的4層體系結構TCP/IP的體系結構分為4層，由下而上分別為網絡接口層、網絡層、傳輸層、應用層。其中，網絡接口層對應著OSI的物理層和數據鏈路層，并且去掉了表示層和會話層。TCP/IP體系結構去掉表示層和會話層的原因在于會話層、表示層、應用層都是在應用程序內部實現的，最終產出的是一個應用數據包，而應用程序之間幾乎無法實現代碼的抽象共享，這也就造成OSI設想中的應用程序維度的分層是無法實現的。TCP/IP體系結構中各層的功能如表6-1所示。4142CC功能網絡接口層負責通過網絡發送和接收IP數據包網絡層網絡層也稱為網際層、互聯層，對應OSI參考模型的第3層，負責網絡間的尋址數據傳輸，主要功能是處理來自傳輸層的分組，將分組形成數據包（IP數據包），并為該數據包進行路徑選擇，最終將數據包從源主機發送到目的主機傳輸層傳輸層又稱為主機至主機層，與OSI的傳輸層類似，負責主機到主機之間的端到端通信，提供可靠的傳輸服務應用層負責實現一切與應用程序相關的功能，對應OSI參考模型的上3層表6-1TCP/IP體系結構中各層的功能TCP/IP模型是與ISO/OSI模型等價的。當一個數據單元從網絡應用程序向下傳送到網卡時，它通過了一列的TCP/IP模塊。其中的每一步，數據單元都會與網絡另一端對等TCP/IP模塊所需的信息一起被打成包。在數據傳送中，可以將其形象地理解為有兩個信封，TCP和IP就像是信封，要傳遞的信息被劃分成若干段，每一段被塞入一個TCP信封，并在該信封封面上記錄有分段號的信息，再將TCP信封塞入IP這個大信封，發送上網。在接收端，一個TCP軟件包收集信封、抽出數據，按發送前的順序還原，并加以校驗，若發現差錯，TCP將會要求重發。因此，TCP/IP在互聯網中幾乎可以無差錯地傳送數據。43表6-1TCP/IP體系結構中各層的功能3．5層協議體系結構5層協議體系結構由下而上分別為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層。TCP/IP模型將OSI參考模型中的會話層、表示層和應用層的功能合并到應用層實現，通過不同的應用層協議為不同的應用程序提供數據傳輸服務。5層協議體系結構是綜合了OSI和TCP/IP體系結構優點的一種協議，只是為介紹網絡原理而設計的，實際應用的還是TCP/IP的4層體系結構。5層協議體系結構中各層的功能如表6-2所示。層次名稱功能物理層保證數據可以在各種物理介質上進行傳輸，為數據的傳輸提供可靠的環境，主要解決的是怎樣在傳輸介質上傳輸數據比特流，盡可能屏蔽傳輸介質和通信手段的差異，使數據鏈路層感覺不到這些差異數據鏈路層在兩個相鄰節點之間傳輸數據時，將網絡層傳送下來的IP數據報組裝成幀，在兩個相鄰節點之間的鏈路上傳送幀，也提供鏈路訪問、差錯檢測、流量控制、可靠交付等功能網絡層負責為分組網絡中的不同主機提供通信服務，并通過選擇合適的路由和交換節點將數據傳遞到目標主機，確保數據及時傳送。在發送數據時，網絡層把傳輸層產生的報文段或用戶數據封裝成分組或包進行傳送傳輸層為兩臺主機進程之間的通信提供通用的數據傳輸服務，應用層利用該服務傳送應用層報文應用層定義應用進程間的通信和交互規則，針對具體應用，如微信、視頻等，提供服務4．各層的數據單元用戶數據在應用層以報文的形式進行封裝，形成數據段、數據報、數據幀，最后以比特流的形式進行傳輸。在中間節點處，分別從對應的數據報、數據幀中取出相應的路由或地址信息并對其進行處理，依據轉發策略向正確的接口轉發數據報或幀。當數據到達目的主機后，自下而上，逐層處理并去掉相應的頭部信息，最終將其還原為最初的報文，交付給用戶。在OSI參考模型中，習慣把每層的數據單元稱為PDU，PDU是每一層的最小單位。例如，第6層的數據單元稱為L6PDU，第3層的數據單元稱為L3PDU，其中L代表“層”。在TCP/IP參考模型中，習慣將物理層的數據單元稱為比特（Bit），把數據鏈路層的數據單元稱為幀（Frame），把網絡層的數據單元稱為分組或包（Packet）。對于傳輸層，習慣將通過TCP封裝的數據單元稱為段（Segment），即TCP段（TCPSegment）。對于應用層，通過HTTP封裝的數據單元被稱為HTTP數據報（HTTPDatagram），通過FTP封裝的數據單元被稱為FTP數據報（FTPDatagram），以此類推。445．比較OSI參考模型與TCP/IP參考模型OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較如表6-3所示。45表6-3OSI參考模型與TCP/IP參考模型的比較相同點不同點①OSI參考模型與TCP/IP參考模型都采用了層次結構，都能夠提供面向連接和無連接兩種通信服務機制②TCP/IP參考模型封裝數據的流程與OSI參考模型封裝數據的流程一致，發送方從高層向底層封裝數據，接收方收到封裝數據后，從底層向高層解封裝數據，將解封裝后的數據交給應用層處理①OSI采用7層結構，TCP/IP采用4層或5層結構②OSI參考模型雖然劃分為7層，但實現起來較困難。TCP/IP參考模型作為一種簡化的分層結構，是容易實現的③OSI參考模型對服務和協議做了明確的區分；TCP/IP參考模型沒有對網絡接口層進行細分，只進行一些概念性的描述6.4.3

幾種新型的數據庫系統TCP/IP是指能夠在多個不同網絡間實現信息傳輸的協議族，TCP提供傳輸層服務，IP提供網絡層服務。TCP/IP是網絡中使用的基本通信協議，是國際互聯網絡的基礎。雖然從名字上看TCP/IP包括兩個協議，即TCP和IP，但TCP/IP實際上是一組協議，它包括上百個具有各種功能的協議，如遠程登錄協議、FTP和SMTP等，而TCP和IP是保證數據完整傳輸的兩個基本的重要協議，TCP/IP是上百個關聯協議（用來連接計算機和網絡的）合起來的共有名字，不同功能的協議分布在不同的協議層。TCP/IP數據的傳輸基于TCP/IP的4層結構，即應用層、傳輸層、網絡層、網絡接口層。在發送端，數據在傳輸時每通過一層就要在數據上加個包頭，其中的數據供接收端同一層協議使用；而在接收端，每經過一層要把用過的包頭去掉，這樣可以保證傳輸數據的格式完全一致。TCP/IP的基本傳輸單元是數據包。TCP負責把數據分成若干個數據包，并給每個數據包加上包頭（就像給一封信加上信封），包頭上有相應的編號，以保證在數據接收端能將數據還原為原來的格式。IP在每個包頭上加上接收端主機地址，這樣數據才可以找到自己要去的地方（就像信封上要寫明地址一樣）。如果傳輸過程中出現數據丟失、數據失真等情況，TCP會自動要求數據重新傳輸，并重新組包。總之，IP保證數據的傳輸，TCP保證數據傳輸的質量。46TCP/IP最大的優點之一是它與所有可采用的方法無關：不依賴于網絡模型，無論是環形還是星形，TCP/IP都適用；與傳輸介質無關，有線傳輸或衛星傳輸都可以；不受具體的銷售商的限制；不取決于操作系統和計算機硬件。TCP/IP能夠連接任意網絡并在其上運行。1．TCPTCP是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層通信協議，為應用程序提供可靠的通信連接，適合一次傳輸大批數據的情況，并適用于要求得到響應的應用程序。TCP具有高可靠性，確保傳輸數據的正確性，不出現丟失或亂序。TCP可以保證接收端毫無差錯地接收到發送端發出的比特流，為應用程序提供可靠的通信服務。對可靠性要求高的通信系統往往使用TCP傳輸數據。2．IPIP是整個TCP/IP協議族的核心，是網絡互聯層的核心協議，也是構成互聯網的基礎，包括IPv4、IPv6。IP負責主機間數據的路由和網絡上數據的存儲，同時為ICMP、TCP、UDP提供分組發送服務。IP位于TCP/IP參考模型的網絡層（相當于OSI參考模型的網絡層），對上可傳送傳輸層各種協議的信息，如TCP、UDP等；對下可將IP數據包放到數據鏈路層，通過以太網、令牌環網等各種技術來傳送。為了能適應異構網絡，IP強調適應性、簡潔性和可操作性，但在可靠性上做了一定的犧牲。IP不保證分組的交付時限和可靠性，所傳送分組有可能出現丟失、重復、時延或亂序等問題。476.5局域網基礎知識局域網在企業辦公自動化、工業自動化、計算機輔助教學等方面得到廣泛的使用，為了在計算機之間進行信息交流，共享數據資源和某些昂貴的硬件（如高速打印機等）資源，將多臺計算機連成一個網絡系統，實現分布式處理和互相通信。486.5.1局域網的基本概念局域計算機網通常簡稱為局域網，是指在一個特定的區域內或較小的地域范圍內，將分散的各種計算機、外部設備等通過同軸電纜、雙絞線、光纖等介質互相連接起來，組成資源和信息共享的計算機互聯網絡，從而實現文件管理、軟件共享、打印機共享等，以及實現不同計算機之間的電子郵件、傳真通信服務等功能。由于局域網是封閉的網絡，因此即使是兩臺甚至是上千臺計算機都是可以組成一個局域網的。局域網通常是由網絡硬件、網絡的輸出介質、網絡軟件組成的。典型的局域網由一臺或多臺服務器和若干個客戶端組成。早期的計算機網絡服務器是一臺大型計算機，現代的計算機局域網則使用一臺高性能的計算機作為服務器，客戶端可以使用各檔次的計算機?？蛻舳艘环矫鏋橛脩籼峁┍镜胤眨喈斢趩螜C使用；另一方面可通過客戶端向網絡系統請示服務和訪問資源，實現資源共享。局域網可以分為兩類：共享介質局域網和交換式局域網。共享介質局域網又可分為以太網（Ethernet），也稱為802.3LAN；令牌總線網，也稱為802.4LAN；令牌環網，也稱為802.5LAN。另外，還有光纖分布式數據接口（FiberDistributedDataInterface，FDDI）等，以及在此基礎上發展起來的快速以太網、快速令牌網等。交換式局域網可以分為交換以太網與ATM局域網。496.5.2局域網的主要特點局域網主要特點如下。①覆蓋的地理范圍較小，主要用于企業內部聯網或校園內部聯網，其網絡硬件設備集中在一座辦公樓或相鄰的建筑群中，可覆蓋一個辦公室、一棟大樓、一個公司、一個企業、一個校園等，通常為一個單位所擁有，且地理范圍和站點數目均有限。②所有站點共享較高的總帶寬，具有較高的數據傳輸速率。早期的局域網一般具有10Mbit/s～100Mbit/s的傳輸速率，目前傳輸速率為1000Mbit/s的高速局域網非常普遍，可適用于如語音、圖像、視頻等各種業務數據信息的高速交換。③通信質量較好，與廣域網相比，具有較低的誤碼率，這是因為局域網通常采用短距離基帶傳輸，可以使用高質量的傳輸介質，從而提高了數據傳輸質量。④具有較低的時延，傳輸時延在1毫秒到幾十毫秒之間。⑤支持各種通信傳輸介質，如電纜（細電纜、粗電纜和雙絞線）、光纖和無線傳輸。⑥通常使用分組交換技術。⑦可以使用不同的拓撲結構，通常使用的拓撲結構為總線型、環形或樹形拓撲結構。⑧支持的客戶端數可達幾千個，各客戶端之間為平等關系而非主從關系。⑨支持多種媒體訪問協議，包括令牌環、令牌總線和帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問（CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，CSMA/CD）等。507．數據庫的維護數據庫的維護包括數據庫的數據載入、轉換、轉儲，數據庫的重組和重構，性能監控等功能，這些功能分別由各個應用程序來完成。8．數據庫事務管理數據庫中的數據是可供多個用戶同時使用的共享數據，為保證數據能夠安全、可靠地運行，數據庫管理系統提供了事務管理功能，該功能保證數據能夠并發使用并且不會產生相互干擾的情況，而且在數據庫發生故障時能夠對數據庫進行正確恢復。9．數據庫備份與恢復數據庫管理系統提供了備份數據庫和恢復數據庫的功能。10．傳送數據與相互通信數據庫管理系統提供負責數據傳輸的接口，這些接口與操作系統的聯機處理、分時系統以及遠程作業輸入相關。網絡環境下的數據庫系統還應該具有數據庫管理系統與網絡中其他軟件系統的通信功能以及數據庫之間的互操作功能。51⑩能進行廣播（一站發所有站收）或組播（一站發一組站收）。一般側重于信息處理，通常不設中央主機，但配置外部共享設備，可被網絡中的客戶端共同使用。安裝相對簡單，安裝周期也比較短，具有良好的可擴展性。建網成本較低，局域網覆蓋面積小，因此通信設備價格相對低廉。便于管理與維護，局域網一般鋪設在企業或校園中，由專業人員統一搭建和管理；另外，局域網內部軟件針對性強，也便于批量安裝、統一管理。526.5.3局域網的基本組成局域網中常見的要素有：終端設備（客戶端、服務器、打印機、平板計算機等）、互聯設備（網卡、傳輸介質等）、網絡設備（常見的有路由器和交換機）以及網絡操作系統、操控網絡設備的技術和協議［以太技術和IP、ARP、動態主機配置協議（DynamicHostConfigurationProtocol，DHCP）等］。局域網的組成可分為硬件和軟件兩大類。1．硬件組成局域網硬件是組成局域網物理結構的設備，主要由計算機設備、網絡連接設備、網絡傳輸介質3部分構成。常見局域網硬件組成如圖6-14所示，在該圖中，多臺交換機通過網絡傳輸介質將多臺終端（包括服務器、個人計算機和打印機等）連接起來。53圖6-14常見局域網硬件組成根據設備的功能，局域網硬件可分為以下幾種。（1）客戶端客戶端是局域網中用戶使用的計算機，通常是一臺微型計算機。客戶端也稱為工作站，其中一般配置有網絡適配器（網卡），通過傳輸介質與網絡相連。（2）服務器服務器是局域網中管理和提供資源的主機，可與諸多客戶端相連，并為其提供資源或其他服務，因此服務器一般需具備更高的性能，如可高效處理數據、存儲較多數據、更快地訪問磁盤等。（3）專用通信設備專用通信設備是網絡中的節點，局域網中常用的專用通信設備有網卡、集線器、交換機、無線接入點（AccessPoint，AP）、路由器、調制解調器等，這些設備可實現局域網中設備的連接、數據的轉發、交換以及轉換信號類型等。（4）傳輸介質傳輸介質用于連接局域網中的專用通信設備和服務器或主機，局域網中常用的傳輸介質有同軸電纜、光纖和雙絞線。除以上設備外，根據局域網的職能，局域網中還可能包含打印機、掃描儀、繪圖儀等外部設備。542．軟件組成局域網中的軟件主要包含網絡操作系統和協議軟件。（1）網絡操作系統網絡操作系統是局域網硬件設備必備軟件之一，它的基本任務是用統一的方法實現各主機之間的通信，管理和利用各主機中共享的本地資源，以提升設備與網絡相關的特性。對網絡用戶而言，網絡操作系統是其與計算機網絡之間的接口，它應屏蔽本地資源與網絡資源的差異，為用戶提供各種基本的網絡服務，并保證數據的安全性。局域網中的網絡操作系統和硬件設備相輔相成，缺一不可。硬件設備可能搭載不同的操作系統，其中客戶端中常用的網絡操作系統有Windows和macOS，服務器中常用的網絡操作系統有Windows、Linux等；專用通信設備中使用的操作系統與前兩者有所不同，一般由硬件生產廠家獨立開發，常見的專用通信設備廠家有華為HUAWEI、中興ZTE、中國信科CICT、新華三H3C、TP-Link等。（2）協議軟件完整的通信流程會使用到許多協議，以支持網絡通信功能。網絡操作系統中使用的協議一般為TCP/IP協議族中的協議，如DHCP、DNS、HTTP等。除以上兩種軟件外，局域網設備中還可能搭載一些系統管理軟件和網絡應用軟件，根據涉及的領域和應用方向，這些軟件又可以有不同的分類。但這些軟件有一個共同之處，即都能屏蔽網絡細節，方便用戶使用網絡。556.5.4局域網的常見技術局域網是當今計算機網絡技術應用與發展非常活躍的一個領域。局域網技術是當前計算機網絡研究與應用的一個熱點，也是目前技術發展最快的領域之一。1．以太網以太網（Ethernet）是一種計算機局域網技術，電氣電子工程師學會（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers，IEEE）組織的IEEE802.3標準制定了以太網的技術標準，它規定了包括物理層的連線、電子信號和介質訪問層協議的內容。以太網上發送的數據是按一定格式進行的，并將此數據格式稱為幀，幀由8個字段組成，每一個字段有一定的含義和用途，每個字段長度不等。以太網技術非常成熟且很簡單，為技術人員所熟悉。由于十兆位和百兆位以太網網卡的價格十分低廉，已成為客戶端的標準配件，大部分網卡和互聯網的網絡端口都是以太網。以太網是目前應用非常普遍的局域網技術，取代了其他局域網技術，如令牌環網和FDDI。2．令牌環網令牌環網（TokenRingNetwork）是IBM公司開發的一種網絡技術，21世紀以后這種網絡比較少見。和以太網一樣，令牌環網也采用接線與存取方式，符合IEEE802.5國際標準。令牌環網與采用廣播方式的以太網不同，它是一種順序向下一站廣播的局域網。56老式的令牌環網中，數據傳輸速率為1Mbit/s、4Mbit/s或16Mbit/s，新型的快速令牌環網數據傳輸速率可達100Mbit/s。令牌環網的傳輸方法在物理上采用了星形拓撲結構，但邏輯上仍是環形拓撲結構。其通信傳輸介質可以是非屏蔽雙絞線、屏蔽雙絞線和光纖等。節點間采用多站訪問部件（MultistationAccessUnit，MAU）連接在一起。MAU是一種專業化集線器，它圍繞客戶端的環路進行傳輸。在這種網絡中，有一種專門的幀稱為“令牌”，在環路上持續地傳輸以確定一個節點何時可以發送包。3．FDDI網絡FDDI是一項局域網數據傳輸標準，是局域網技術中傳輸速率（高達100Mbit/s）較高的一種。FDDI是于20世紀80年代中期發展起來的一項局域網技術，它提供的高速數據通信能力要強于當時的以太網（10Mbit/s）和令牌環網（4Mbit/s或16Mbit/s）。FDDI網絡常被用作校園環境的主干網。這種環境的特點是站點分布在多個建筑物中。FDDI網絡也常常被劃分在城域網的范圍。其使用光纖作為傳輸介質具有以下優點。①支持多種拓撲結構，能實現較長的傳輸距離，相鄰站間的最大長度可達2km，最大站間距離為200km。②具有較大的帶寬，FDDI網絡的設計帶寬為100Mbit/s。57③具有對電磁和射頻干擾的抑制能力，在傳輸過程中不受電磁和射頻噪聲的影響，也不影響其設備。④光纖可防止傳輸過程中被分接偷聽，也杜絕了輻射波的竊聽，因而是十分安全的傳輸介質。由光纖構成的FDDI網絡，其基本結構為逆向雙環。一個環為主環，另一個環為備用環；一個順時針傳送信息，另一個逆時針傳送信息。當主環上的設備失效或光纜發生故障時，通過從主環向備用環的切換可繼續維持FDDI網絡的正常工作。這種故障容錯能力比其他網絡的要強。FDDI網絡的主要缺點是價格與“快速以太網”相比貴很多，且因為它只支持光纜和5類電纜，所以使用環境受到限制，從以太網升級更是面臨大量的移植問題，目前應用較少。4．ATM網絡異步傳輸方式（AsynchronousTransferMode，ATM）的開發始于20世紀70年代后期，是一種單元交換技術。與以太網、令牌環網、FDDI網絡等使用可變長度包技術不同，ATM網絡使用53B固定長度的單元進行交換，它沒有共享介質或包傳遞帶來的時延，非常適合音頻和視頻數據的傳輸。①ATM是一項數據傳輸技術，適用于局域網和廣域網，具有高數據傳輸速率，支持許多種類型（如聲音、數據、傳真、實時視頻、音頻和圖像）的通信。58②ATM是在局域網或廣域網上傳送聲音、視頻圖像和數據的寬帶技術，它是一項信元中繼技術，數據分組大小固定?？蓪⑿旁胂蟪梢环N運輸設備，能夠把數據塊從一個設備經過ATM網絡交換設備傳送到另一個設備。所有信元具有同樣的大小，不像幀中繼及局域網系統數據分組大小不定。使用相同大小的信元可以提供一種方法，預估和保證提供應用所需要的帶寬，可變長度的數據分組容易在交換設備處引起通信時延。③無線ATM是一種面向交換的傳輸技術。其特點是信道統計復用、信元長度固定、采用虛通道（VirtualPath，VP）與虛擬通道（VirtualChannel，VC）的交換技術、帶寬動態分配、服務質量（QualityofService，QoS）保證，能綜合多種業務。特別是其信道帶寬利用率高，最高達99.9%，一般能在90%以上。④將ATM技術與無線移動通信技術結合就形成了無線異步傳送模式（WirelessAsynchronousTransferMode，WATM）。WATM實質上是將ATM網絡上的寬帶業務延伸至無線移動網，把ATM技術無縫隙地擴展到移動通信終端。5．無線局域網無線局域網指應用無線通信技術，將計算機設備相互連接，形成能夠相互通信和共享資源的網絡系統。無線局域網的本質不是使用通信電纜將計算機連接到網絡，而是通過無線連接，使網絡建設和終端移動更加靈活，利用無線技術在空中傳輸數據、語音、視頻信號。無線局域網可作為傳統有線網絡的替代方案或擴展。59無線局域網是工作于2.4GHz或5GHz頻段，以無線方式構成的局域網，一般用在同一座建筑內。（1）無線局域網的優點①靈活性和移動性好。②安裝便捷。③易于進行網絡規劃和調整。④故障定位容易。⑤易于擴展。（2）無線局域網的缺點無線局域網的缺點表現在以下3個方面。①性能。無線局域網依賴于電磁波進行傳輸，這些電磁波通過無線發送設備發送，建筑物、車輛、樹木和其他障礙物可能阻礙電磁波的傳輸，因此影響網絡的性能。②速率。無線信道的傳輸速率比有線信道的低很多。無線局域網的最大傳輸速率為1Gbit/s，僅適用于個人終端和小型聯網App。③安全性。本質上電磁波不需要建立物理連接信道，無線信號發散。理論上，電磁波廣播范圍內的所有信號容易被監聽，導致通信信息泄露。60（3）無線局域網的硬件設備①無線網卡。無線網卡的作用和以太網中的網卡的作用基本相同，它作為無線局域網的接口，能夠實現無線局域網各客戶端間的連接與通信。②無線AP。無線AP是用于無線局域網的交換機，用來接入無線終端，是無線局域網中的核心設備。無線AP的功能和無線路由器上的天線的功能是一樣的，都用來接入無線終端。無線路由器上通常還會標有“LAN”和“WAN”，LAN口一般都是交換口，也就是一個小交換機，WAN口承擔的就是路由功能。③無線天線。當無線局域網中各網絡設備相距較遠時，隨著信號的減弱，傳輸速率會明顯下降以致無法實現無線局域網的正常通信，此時就要借助無線天線對所接收或發送的信號進行增強。616.6計算機網絡的基本組成與常用的網絡設備圖6-15所示是一個簡單的計算機網絡的拓撲結構。62圖6-15簡單的計算機網絡的拓撲結構從圖6-15中可以看出，有交換機、路由器、無線AP這些網絡設備，還有筆記本計算機、手機這些終端。其中交換機、路由器、無線AP是計算機網絡通信線路的組成部分。1．網卡網卡也稱網絡適配器、網絡接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC），是一塊插入計算機I/O槽中以實現計算機通信的集成電路卡，在局域網中用于將用戶計算機與網絡相連，大多數局域網采用以太網卡。網卡擁有獨一無二的MAC地址（48位串行號）。網卡和局域網之間的通信是通過電纜或雙絞線以串行傳輸方式進行的，而網卡和計算機之間的通信則是通過計算機主板上的I/O總線以并行傳輸方式進行的。因此，網卡的一個重要功能就是要進行串行/并行轉換。網卡種類繁多，我們常見的是有線網卡和無線網卡。一般來說，在相同的配置條件下，無線網卡會比有線網卡慢。不過在無遮擋、短距離的信號傳輸中，二者其實速度差不多。2．調制解調器調制解調器也叫Modem，俗稱“貓”。它是一個通過電話撥號接入互聯網的必備硬件設備。通常計算機內部使用的是數字信號，而通過電話線路傳輸的信號是模擬信號。調制解調器的作用就是進行數字信號和模擬信號的轉換。當計算機發送信息時，將計算機內部使用的數字信號轉換成可以用電話線傳輸的模擬信號，通過電話線發送出去；接收信息時，把電話線上傳來的模擬信號轉換成數字信號傳送給計算機，供其接收和處理。墻上的網口連接無線路由器就可以享受高速寬帶了。63按調制解調器與計算機的連接方式可分為內置式調制解調器與外置式調制解調器。內置式調制解調器體積小，使用時插入主機板的插槽，不能單獨攜帶；外置式調制解調器體積大，使用時與計算機的通信接口（COM1或COM2）相連，有通信工作狀態指示，可以單獨攜帶，能方便地與其他計算機連接使用。目前，我國正在大力普及光纖寬帶，使用調制解調器連接電話線上網已經被淘汰。光纖和“光貓”已經成為上網的主力軍。對于近年新建的住房，一般運營商都會將光纖接入樓內，用戶直接從家里墻上的網口連接無線路由器就可以享受高速寬帶了。3．中繼器和集線器要擴