计算机网络的基本概念
一:计算机网络的定义
计算机网络的现代计算机技术与通信技术相互渗透,密切结合的产物,是随着社会对信息共享和信息传递的日益增强的需求而发展起来的,所谓计算机网络,就是利用通信设备和线路将地理位置不同的,功能独立的多个计算机系统互联起来,以功能完善的网路软件(即网络通信协议,信息交换方式和网络操作系统等)实现网络汇总资源共享和信息传递的系统
二:计算机网络的组成
一个计算机网络是由资源子网和通信子网构成的,资源子网负责信息处理,通信子网负责全网中的信息传递.
资源子网包括提供资源的主机HOST和请求资源的终端T,它们都是信息传输的源节点或宿节点,有时也统称为端节点
通信子网主要由网络节点和通信链路组成,网络节点也称为转接节点或中间节点,它们的作用是控制信息的传输和在端节点之间转发信息,根据不同的作用,网络节点可以是分组交换设备PSE,分组装配/拆卸设备PAD,集中器C,网络控制中心NCC,网间连接器G也称网关或它们的组合,这些功能一般都由专用于通信的计算机来完成,所以也常将网络节点统称为借口信息处理机IMP
通信链路即传输信息的信道,它们可以是电话线,同轴电缆或光电缆,也可以是无线电,卫星或微波信道.信息在两端节点之间传输时,可能要经过多个中间节点的转发,这种传输方式称为"存储-转发",广域网WAN中一般都采用这种传输方式,需要说明的是,局域网LAN一般采用"广播"传输方式,局域网中的网络节点都简化为安装于主机或工作站中的网卡.
三:计算机网络的功能与应用
1)计算机网络的功能
计算机网络的实现,为用户构造分布式的网络计算环境提供了基础,它的主要表现在硬件资源共享,软件资源共享和用户间信息交换三个方面
① 硬件资源共享.可以在全网范围内提供对处理资源,存储资源,输入输出资源等,昂贵设备的共享,从而使用户节省投资,也方便集中管理与均衡分担负荷
② 软件资源共享.允许互联网上的用户远程访问各类大型数据库,可以得到网络文件传送服务,远地进程管理服务和远程文件访问服务,从而避免软件研制上的重复劳动以及数据资源的重复存贮,也便于集中管理.
③ 用户信息交换,计算机网络为分布在各地的用户提供了强有力的通信手段,用户可以通过计算机网络传送电子邮件,发布新闻消息和进行电子商务活动.
2)计算机网络的应用
计算机网络在资源共享和信息交换方面所具有的功能,是其他系统所不能代替的,计算机网络所具有的高可靠性,高性能价格比和易扩充性等优点,使得它在工业,农业交通运输,邮电通信,文化教育,商业,国防以及科学研究等各个领域,各个行业获得了越来越广泛的应用:
① 办公自动化OA.办公自动化系统,按计算机系统结构来看是一个计算机网络,每个办公室相当一个工作站,它集计算机技术,数据库,局域网,远距离通信技术以及人工智能,声音,图像,文字处理技术等综合应用技术之大成,是一种全新的信息处理方式.办公自动化系统的核心是通信,提供的通信手段主要为数据/声音综合服务,可是会议服务和电子邮件服务.
② 远程教育 . 远程教育是以一种利用在线服务系统,开展学历或非学历教育的全新教学模式,远程教育可以提供几乎大学中所有的课程,学院们通过远程教育,同样可以得到正规大学从学士到博士的所有学位,这种教育方式,对于从事工作而仍想完成高学位的人士特别有吸引力
远程及哦啊与的基础设施是电子大学网络EUN,EUN的主要作用是想学员提供课程软件及主机系统的使用,支持学员完成在线课程,并负责行政管理,合作协同等,
③ 电子银行 . 电子银行也是一种在线服务系统,是一种由银行提供的基于计算机和计算机网络的新型金融服务系统,电子银行的功能包括:金融交易卡服务,自动存取款作业,销售点自动转账服务,电子汇款与清算等,其核心为金融交易卡服务,金融交易卡的诞生,标志了人类交换方式从物物交换,货币交换到信息交换的又一次飞跃.
④ 证券及期货交易.证券及期货交易由于其获利巨大,风险巨大,且行情变化迅速,投资者对信息的依赖显得格外重要,金融业通过在线服务计算机网络提供证券市场分析,预测,金融管理,投资计划等需要大量计算机工作的服务,提供在线股票经纪人服务和在线数据库服务
⑤ 校园网
⑥ 企业网络.集散系统和计算机集成制造系统是两种典型的企业网络系统. 集散系统实质上是一种分散型自动化系统,又称做以未处理机为基础的分散综合自动化系统,集散系统具有分散监控和集中综合管理两个方面的特征,而更将'集'字放在首位,更注重于全系统信息的综合管理.
集散系统一般分为三级:过程级,监控级与管理信息级,集散系统是分散于现场的以微机为基础的过程检测单元,过程监控单元,图文操作站及主机(上位机)集成在一起的系统,它采用了局域网技术,将多个过程监控,操作站和上位机互连在一起,将通信功能增强,信息传输速度加快,吞吐量加大,为信息的综合管理提供了基础,因为CIMS具有提高生产率,缩短生产周期等一系列极具吸引力的有点.
⑦ 智能大厦和机构化综合布线系统
四:计算网络的分类
1)按拓扑类型分类
"拓扑"这个名词是从几何学中借用来的,网络拓扑是指网络形状,或者是它物理上的连通性,网络的拓扑结构主要有:
星型拓扑
总线拓扑
环形拓扑
树形拓扑
混合形拓扑
网形拓扑
拓扑结构的选择往往与传输介质的选择及介质访问控制方法的确定精密相关,在选择网络拓扑结构时,应该考虑的主要因素有下列几点:
① 可靠性.尽可能提高可靠性,保证所有数据流能准备接受,还要考虑系统的可维护性,使故障检测和故障隔离较为方便
② 费用, 建网时需考虑适合特定应用的信道费用和安装费用
③ 灵活性,需要考虑系统在今后扩展或改动时,能容易地重新配置网络拓扑结构,能方便地处理原有站点的删除和新站点的加入
④ 响应时间和吞吐量,要为用户提供尽可能短的响应时间和最大的吞吐量
网络拓扑可以根据通信子网中的通信信道类型分为两类:
① 点-点线路通信子网的拓扑
② 广播信道通信子网的拓扑
在采用点-点线路的通信子网中,每条物理线路连接一对节点,采用点-点线路的通信子网的基本拓扑构型有4种:星型,环形,树形,网状型
在采用广播信道的通信子网中,一个公共的通信信道被多个网络节点共享,采用广播信道通信子网的基本拓扑主要有4种:总线型,树形,环形,无线通信与卫星通信型
网络拓扑图的特点:
1)星型拓扑:是由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成,中央节点往往是一个集线器,中央节点执行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,而各个站点的通信处理负担都很小,
星型拓扑结构具有以下优点:
① 控制简单,在星型网络中任何一站点只和中央节点相连接,因而介质访问控制方法很简单,致使访问协议也十分简单,易于网络的控制和管理
② 故障诊断和隔离容易,在星型网络中,中央节点对连接线路可以逐一地隔离开来进行故障检测和定位,单个连接点的故障只影响一个设备,不会影响全网
③ 方便服务, 中央节点可方便地对各个站点提供服务和网络重新配置
缺点:
① 电缆长度和安装工作量可观,因为每个站点都要和中央节点直接连接,需要耗费大量的电缆,安装,维护的工作量也骤增
② 中央节点的负担较重,形成'瓶颈',一旦发生故障,则全网受影响,因而对中央节点的可靠性和冗余度方面的要求很高
③ 各站点的分布处理能力较低
2)总线拓扑:总线拓扑结构采用一个广播信道作为传输介质,所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输介质上,该公共传输介质即称为总线,任何一个站发送的信号都沿着传输介质传播,而且能被所有其它站所接受,因为所有站点共享一条公用的传输信道,所以一次只能由一个设备传输信号,通常采用分布式控制策略来确定那个站点可以发送
优点:
① 总线结构所需要的电缆数量少
② 总线结构简单,又无源工作,有较高的可靠性
③ 易于扩充,增加或减少用户比较方便
缺点:
① 总线的传输距离有限,通信范围受到限制
② 故障诊断和隔离较困难
③ 分布式协议不能保证信息的及时传送,不具有实时功能,大业务量降低了网络速度,站点必须是智能的,要有介质访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销
3)环形拓扑:环形拓扑网络由站点和链接站点的链路组成一个闭合环,每个站点能够链接从一条链路传来的数据,并以同样的速率串行地把该数据沿环送到另一条链路上,这种活动链路可以是单向的,也可以是双向的,数据以分组形式发送
优点:
① 电缆长度短,环形拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似,但比星型拓扑网络要短很多
② 可使用光纤,光纤的传输速率很高,十分适合环形拓扑的单方向传输
③ 所有计算机都能公平地访问网络的其他部分,网络性能稳定
缺点:
① 节点的故障会引起全网故障,这是因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点,一旦环中某一节点发生故障就会引起全网的故障,故障检测困难
② 环节点的加入和撤出过程较复杂
③ 环形拓扑结构的介质访问控制协议都采用令牌传递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低
4)树形拓扑:可以看成是总线和星型拓扑的扩展,形状像一颗倒置的树,顶端是树根,树根以下带分支,每个分支还可再带子分支,树根接受各站点发送的数据,然后在用广播发送到全网
优点:
①易于扩展,这种结构可以延伸出很多分支和子分支,这些新节点和新分支都能容易地加入内网
② 故障隔离较容易,
缺点:各个节点对根的依赖性太大,如果根发生故障,则全网不能正常工作,从这点来看,树形拓扑结构的可靠性有点类似于星型拓扑结构
5)混合形拓扑:将以上两种单一拓扑结构混合起来,去两者的优点构成的拓扑称为混合型拓扑结构
优点:
① 故障诊断和隔离较为方便
② 易于扩展
③安装方便
缺点:
① 需要选用带智能的集中器
② 像星型拓扑结构一样,集中器到各个站点的电缆安装长度会增加
6)网形拓扑:这种结构在广域网中得到了广泛的应用,它的优点是不受瓶颈问题和失效问题的影响,由于节点之间有许多条路径相连,可以为数据流的传输选择适合的路由,从而绕过失效的部件或过忙的节点,这种结构虽然比较复杂,成本也比较高,提供上述功能的网络协议也较复杂,但由于它的可靠性高,仍然收到用户的欢迎
五:按网络的交换方式分类
电路交换: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通信,并且在双方通信期间始终占用该信道
报文交换:数据单元是要发送的一个完整报文,其长度并无限制,报文交换采用存储-转发原理,类似古代的邮政信道,邮件由途中的驿站逐个存储转发一样,报文中含有目的的地址,么个中间节点要为途径的报文选着合适的路径,使其能最终到达目的端
分组交换:也称为交换方式,分组交换网的出现作为计算机网络新时代的开始,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单位(即分组),这些分组逐个由各中间节点采用存储-转发方式进行传输,最终到达目的端,由于分组长度有限,可以在中间节点机的内存中进行存储处理,其转发速度大大提高
六:按网络的覆盖范围分类
按地理分布范围来分类,计算机网络可以分为广域网,局域网,和城域网三种
广域网(WAN)也称为远程网,七分部范围可达数百至数千公里,可覆盖一个国家或几个州,形成国际性的远程网络,广域网的通信子网可以利用公共分组交换网,卫星通信和无线分组交换网,
局域网(LAN)是将小区域内的各种通信设备互联在一起的网络,其分布范围局限在一个办公室,一栋大楼或一个校园内,用于连接个人计算机,工作站和各类外围设备以实现资源共享和信息交换,其主要特点是:覆盖优思安的地理范围;提供高数据传输速率,低误码率的高质量数据传输环境
城域网(MAN)是分布换位介于局域网和广域网之间的一种高速网络,满足几十公里范围内的大量企业,机关,公司的多个局域网互联的需求,其目的是在一个较大的地理区域内提供数据,声音和图像的传输
七:按网络传输技术分类
网络采用的传输技术有两类:广播方式和点对点方式
在广播式网络中,多有联网计算机都共享一个公共信道,当一台计算机利用共享信道发送报文分组时,所有其它计算机都会"收听"到这个分组.由于发送的分组中带有目的地址和源地址,如果几首到该分组的计算机的地址与该分组的目的地址相同,则接受该分组,否者丢弃该分组,因此在广播式网络中发送的报文分组的目的地址可以有2类:单播地址,多播地址和广播地址
在点对点式网络中,没条物理线路连接一对计算机,如果源节点与目的节点之间没有直接连接的线路,name源节点发送的分组就要通过中间节点的接受,存储于转发,自至传输发哦目的节点,因此从源节点到目的节点可能存在多条路径,决定分组从通信子网的源节点到达目的节点的路由需要有路由选择算法,采用存储准发和路由选择机制是点对点式网络与广播式网络的重要区分之一
