计算机网络从60年代的单机通信系统发展至今，已逐步形成了具有开放式的网络体系、高速化、智能化和应用综合化的网络技术。计算机网络已成为了信息产业时代最重要、最关键的组成部分，对现代人类的经济生活起着巨大的作用。
　　计算机网络基本概念

　　（一）计算机网络的定义

　　计算机网络是通过某种通信介质将不同地理位置的多台具有独立功能的计算机连接起来，并歈借助网络硬件，按照网络通信协议和网络操作系统来进行数据通信，实现网络上的资源共享和信息交换的系统。

　　（二）计算机网络的功能

　　计算机网络有如下四点功能：

　　①数据传输。这是计算机网络的最基本功能之一，用以实现计算机与终端计算机与计算机之间传送各种信息。如发送电子邮件、进行电子商务、远程登录等。

　　②资源共享。包括共享软件、硬件和数据资源，是计算机网络最常用的功能。资源共享指的是网上用户都能部分或全部地享受这些资源，使网络中各地理位置的资源互通信息，分工协作，从而极大地提高系统资源的利用率。

　　③提高处理能力的可靠性和可用性。网络中一台计算机或一条传输线路出现故障，可通过其他无故障线路传递信息，在无故障的计算机上运行需要的处理。分布广阔的计算机网络的处理能力，对不可抗拒的自然灾害有着较强的应付能力。

　　④易于分布式处理。计算机网络用户可根据情况合理选择网上资源。对于较大型的综合性问题可以通过一定的算法将任务分别交给不同的计算机去完成，以达到均衡使用网络资源、实现分布处理的目的。

　　（三）计算机网络分类

　　计算机网络具有多种分类方式。按不同的用途分，有共享资源网、数据处理网（如实时控制）、数据传输网（如银行网）、大型商用网、企业管理网等。按不同的网络通信协议分，如采用TCP/IP通信协议的Internet，TCP/IP协议使得异结构环境下的不同节点能够彼此通信，是一种网络互连的标准协议。按通信交换技术分，有线路交换网和分组交换网。按通信传输技术分，有基带网和宽带网。按传输介质分、有无线网和有线网。也可按网络覆盖的地理范围来划分，如局域网（Local Area Network, LAN）、城域网(Metropolitan Area Network, MAN)和广域网(Wide Area Network, MAN)，也称远程网RCN。局域网地理范围一般在10公里以内，属于一个部门或单位组建的小范围网，如一个建筑物内、一个学校等。局域网组建方便，使用灵活，广域网涉及范围较大，一般可从几公里到几万公里，如一个城市和地区、一个国家洲际之间。此外，从计算机网络实现的拓扑结构的角度来划分。计算机网络的拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等重要指标。网络上的可访问的每台计算机、终端设备或支持网络的连接器、转接器等都可称为网络上的一个节点（Node）。而网络拓扑结构就是指网络节点的位置和互连的几何布局。一般分为总线型、星型、树型、环型和网型。实际建网过程中是以采用其中的一种或几种的复合形式实现的。

　　①星型。中心节点是主节点，它接受各分散节点的信息再转发给其他相应节点，采用集中控制方式。星型结构简单，便于控制和管理，建网容易；但可靠性较低，一旦中央节点出现故障将导致全网瘫痪。

　　②总线型。为线状连接，即用一条开环、无源的粗或细的同轴电缆或4芯、8芯双绞线通过接口把设备连接到电缆上，形成一条多路的访问总线。总线型的接口内具有发送器和接收器。接收器接收总线上的串行信息，并将其转换为并行信息送到节点；发送器则将并行信息转换成串行信息广播发达到总线上。当在总线上改善的信息目的地址与某一节点的接口地址相符时，传输的信息就被该节点接收。由于一条公共总线具有一定的负载能力，因此总线长度有限，其所能连接的节点数也有限，必要时须增加总线驱动设备。总线结构简单，安装方便，但由于所有节点共用一条总线，因此在传输的信息容易发生冲突，故不易用在实时怀要求高的场合。

　　③环型（闭合的总线型）。采用集中控制方式，各节点之间关系对等。其各节点通过环接口连于一条封闭的环形通信线路中，环中信息单方向绕环传送，任何一个节点发送的信息都必须经过环路中的全部环接口。仅当信息中所含的接收方地址与途经节点的地址相同时，该信息才被接收，否则，信息传至下一节点，直到目的节点为止。环型结构简化了路径选择控制；当某节点出现故障时，可采用旁路环的方法，提高传输可靠性；环路中任何一节点发出的信息，其他节点均可接收，故传输速度较快。

　　④树型。采用分层结构，适用于分级管理和控制。与星型结构相比较，由于通信线路总长度较短，故它连网成本低，易于维护和扩展，但结构较复杂。

　　⑤网型（不规则型或全互连型）。网型中两任意节点之间的通信线路不是唯一的，若某条通路出现故障时，可绕道其他通路传输信息，因此它的可靠性好，但建网成本较高，适用特殊场合。

　　⑥复合型。是将多种拓扑结构的局域网连在一起而形成的兼顾不同拓扑结构的优点和特点的结构。

　　（四）计算机网络的组成

　　计算机网络由主计算机、终端、通信处理机和通信设备经通信线路连接组成。主计算机是计算机网络中承担数据处理的计算机系统，可以是单机系统，也可以是多机系统。终端是网络中用量大、分布广的设备，直接面向用户，实现人一机对话并通过它与网络进行联系。通信处理机也称接点计算机，是主计算机与通信线路间设置的计算机，负责通信控制和处理工作，是为减轻主计算机负担，提高计算机效率而设置的。通信设备是数据传输设备，如集中器、调制解调器和多路转发器等。通信线路又称传输介质，是用来连接网络上各种节点的，按数据信号的传输速率不同，通信线可分为高速、中速和低速三种。除物理组成以外，计算机网络还应配有功能完善的软件系统，以支持资源共享功能。

　　计算机网络的体系结构

　　由于各种不同类型的计算机和网络体系结构的不断出现，使网络间的互连变得相当思想观念。如何把这样互不相同的计算机和网络体系彼此连接起来，达到相互通信和资源共享的目的？国际标准化组织（ISO）于1983年提出了开放式系统互连参考模型（Reference Model of Open System Interconnection），简称OSI/RM。参考模型定义了一个计算机网络功能的七层协议，由上至下分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层，最高层为第7层，即应用层；最低层为第1层，即物理层。这些协议就是为实现网络中的数据交换而建立的规则标准或约定。下面简单地描述各层所提供的功能内容。七层模型功能可分为3组。

　　①第1、2层解决有关网络信道问题，其中物理层直接面对传输介质，与物理信道相连接，起到数据链路层和传输媒体之间的逻辑接口作用，并提供一些建立、维护和释放物理连接的方法。在物理层数据交换单位为二进制位bit，因此要定义传输中的信号电平大小、连接设备的开关尺寸、时钟频率、通信编码、同步方式等。数据链路层是OSI/RM的第2层，它通过物理层提供bit流服务，在相邻节点之间建立链路传送以帧为单位的数据信息，并且对传输中可能出现的差错进行检错和纠错，向任何网络中数据链路层是必不可少的层次，相对高层而言，它所有的服务的协议都比较成熟。

　　②第3、4层解决传输服务问题，其中网络层的主要任务是寻址，以保证将数据报文分级从源节点出发选择一条通路通过蹭的节点传输到目的节点，这里涉及到路由选择、拥挤控制等。传输层为高层提供数据发送商品到数据接收端口的透明的、可靠的数据传输服务，确保信息正确地从网络的一端传到另一端。

　　③第5、6、7层处理对应用进程的访问，其中会话层为表示层提供建立、维护和结束进程之间的连接，处理同步和恢复问题的会话管理服务。表示层为应用层提供信息表示方式的服务，如完成信息的转换或翻译、信息的压缩和加密等。应用层为网络用户或应用程序提供各种服务，如文件传输、电子邮件、分布式数据库、网络管理等。另外，从控制角度讲，OSI/RM七层模型的低三层(1、2、3层)可看作是传输控制层，负责通信子网的工作，解决网络中的通信问题；高三层(5、6、7层)为应用控制层，负责有关资源子网的工作，解决应用进程通信问题，中层(4层)为通信子网和资源子网接口，起到连接传输和应用的作用。

　　通过OSI我们知道，层次结构的主要特点是自身功能时，直接使用较低一层提供的服务，而间接地使用了更低层提供服务，并向较高一层提供更完善的服务，同时屏蔽了具体实现这些功能的细节。分层是使问题简化和便于处理的常用方法，OSI参考模型对推动计算机网络技术和网络设备的研制和发展奠定了基础。

　　局域网概念

　　局域网是一个通信网，在计算机网络中占有非常重要的地位，90年代局域网已经渗透到各行各业，在速度、带宽等指标方面有了很大进展。如以太网(Ethernet)产品从传输率为10Mbps的发展到100Mbps的调整以太网。90年代局域网最普及的产品是Microsoft公司的Windows NT, 它的出现使微型机在Windows环境下实现连网，并支持对等网功能、点对点通信、电子邮件和设备共享功能，同时也可以和现有的许多局域网实现互连。下面简要介绍局域网的有关基础知识：

　　（一）局域网的标准

　　IEEE是美国国家标准协会(ANSI)的成员。IEEE802委员会针对局域网底二层协议制定了一系列标准，已被ISO采纳为局域网的国际标准系列。IEEE802将第二层(数据链路层)分为两个子层，即与介质无关的逻辑链路控制子层(LLC)和与介质有关的介质访问控制子层(MAC)。这些标准称为IEEE802标准。它们分别是：

　　IEEE802.1A概述和体系结构。

　　IEEE802.1B寻址、网络管理和网络互连。

　　IEEE802.2逻辑链路控制(LLC)协议。

　　IEEE802.3CSMA/CD总线访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.4令牌总线(Token Bus)访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.5令牌环(Token Ring) 访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.6城域网分布式双总线队列(DQDB) 访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.7宽带时隙环媒体访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.8光纤网媒体访问控制方法及物理导技术规范。

　　IEEE802.9综合违章、数据网媒体访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.10局域网信息安全技术。

　　IEEE802.11无线LAN媒体访问控制方法及物理层技术规范。

　　IEEE802.12 100Mbps VG-AnyLAN访问控制方法及物理层技术规范。

　　（二）局域网的控制方法

　　介质访问方法也就是传输介质的访问方法，指的是如何控制网络中各节点之间的信息传输。局域网的访问控制方法很多，其分类方法也很多。按照控制方式，可分为集中式控制和分布式控制两大类。目前广泛彩的是分布式控制方法，其中常用的有CSMA/CD总线访问控制方法，即带有碰撞检测的载波侦听多路访问方法(Carrier Sense Multiple Access with Collision Ditiction), 它是一种分布控制技术，其控制原理是各节点抢占传输介质，即彼此之间采用竞争方法取得发送信息的权利。也就是讲，这是一种网络各节点在竞争的基础上随机访问传输介质的方法。另外一种是令牌访问(Token Passing)控制方法，是一种数据流方式的控制方法，具有传输速率高，响应时间短，利用率高的特点。该法既适用于环型结构也适用于总线结构的局部网络。令牌法是把一个独特的标志位当作令牌，从一个节点传到另一个节点，某个节点一旦收到此令牌信息，则表示该节点得到发送数据的机会。令牌有"空闲"和"忙碌"两种状态，"空闲"表明网络中没有节点发送信息，要发送数据的节点可以捕获；"忙碌"表明网络中已有节点在发送数据，别的节点不可捕获。"空闲"和"忙碌"两种状态是由令牌标志信息的编码实现的。

　　（三）网络互连必要性及常用的软、硬件

　　因为单一的局域网由于覆盖的范围有限，资源也比较有限，如要扩大通信和资源共享范围，就需要将若干个局域网连接成为更大的网络，使各个不同网络的用户能够互相通信、交换信息，共享资源。下面归纳出实现计算机网络和网络互连常用的一些硬件和软件。

　　硬件中，属于计算机设备的有服务器(Server)、工作站(Work Station)、共享设备(Share Device)等。其中服务器是网络的核心设备，负责网络资源管理和用户服务，是一台专用的计算机；工作站是指具有独立处理能力的个人计算机；共享设备是指为众多用户共享的公用设备，如打印机、磁盘机、扫描仪等。属于网络连接设备的有网内连接设备，包括有网卡(又称网络适配器NIC)、终端匹配器、中继器(Repeater)、集线器(Hub)等；网间连接设备有网桥(Bridge)、路由器(Router)、网关(Gateway)等。其中网卡是计算机和计算机之间直接或间接通过传输介质相互通信的接口，它插在每台计算机的扩展槽中，提供数据传输的功能，也是计算机与网络之间的逻辑和物理链路。网卡是物理通讯的瓶颈，它的好坏直接影响用户将来的软件使用效果和物理功能的发挥。终端匹配器主要用于总线型结构的两个端点上，起阻抗匹配的作用。中继器又称转发器，其作用是把网络段上的衰减信号加以放大和整形，使之成为标准信号传递到另一个网络段。所谓网络段是指在网络中按照传输介质和网卡技术的要求，由服务器到允许连接的最远工作站的线段。一般将中继器分为单口和多口两种。集线器是一种特殊的中继器，它可以作为多个网络电缆段的中间转接设备而将各个网络段连接起来，所以又称多口转发器。自90年代开始，10BASE-T标准和集线器的大量使用，使总线型网络逐步向以使用非屏蔽双绞线并采用星型网络拓扑结构的模式靠近，这一模式的核心就是利用集线器作为网络的中心，连接网络上各个节点。采用集线器的优点是：若网络上某条线路或节点出现故障，它不会影响网络上其他节点的正常工作。集线器一般可以分为无源集线器、有源器和智能集线器。网桥起着扩充网络的作用，它连接两个相同类型的网络，要求有相同的网络操作系统和通信协议，可采用不同的网卡、传输介质和拓扑结构。网桥除了有中继器的功能外，还有信号收集、缓冲及格式转换的作用。路由器可连接不同类型的网络，除具有网桥的功能外，还增加了路径选择功能。如多个网络互连后，可自动选择一条相对传输率较高的路径进行通信。网关主要转换两种不同软件协议的格式，也称为协议变换器。此外，用于连接网上各节点的传输介质分成硬介质和软介质两类。硬介质常用的有双绞线、同轴电缆和光导纤维电缆，其中光纤的传输原理采用了光信号折射原理，信号损耗小、频带宽、传输率高和抗电磁干扰能力强等特点。软介质主要采用微波通信、激光通信和红外线通信三种技术。

　　网络的软件方面一般有网络操作系统(NOS)、工作站操作系统(HOS)和网络应用程序等。其中网络操作系统是网络的主体软件，负责处理网络的请求、分配网络资源、提供用户服务和监控管理网络洗劫。如Novell公司著名的Netware网络操作系统等。工作站操作系统一般是个人计算机上所能使用的操作系统。如Microsoft公司的著名WindowsNT操作系统系列。网络应用程序是指网上用户所使用或开发的应用软件。目前，调整局域网一般都采用光纤分布式数字接口(FDDI)、千兆以及网和IEEE802.12等技术规范，使得局域网得到了更加广泛的应用。

　　广域网基础知识

　　要实现两个以上有一定距离的微机局域网或远程工作站的连接和通信，一般要借助公共通信网来组成广域网。一种可以利用公共电话网(PSTN)，但由于线路质量和异步传输等原因，其传输速度比较慢；另一种就是目前常用的以公共电话网(PSTN)，但由于线路质量和异步传输等原因，其传输速度比较慢；另一种就是目前常用的以X.25协议为基础的公用分组交换数据网来组建广域网。它以同步方式传送，传输质量较高。X.25包含三层协议，可与OSI的七层协议相对应，是国际电报电话咨询委员会(CCITT)推荐的用户和网络间的接口标准之一，X.25分组交换网可以看成通信子网的扩充。

　　由于现代电子技术的发展，大容量光通信、卫星通信的发展，任何信号都已能实现数字化传输、交换机处理，因而将所有的话音、非话音通信业务归纳到一个网络内传输、处理成为可能，这个网络就是综合业务数字网，简称ISDN(Integtated Switched Digital Network)。它是利用同样的数字通信技术(数字传输信道和分组交换/电路交换系统)构成的网络，是计算机技术和通信技术紧密结合所形成的综合业务数字计算机通信网。它与广播相结合，把办公室系统、数据库管理系统以及图书、报纸、教育等信息业务综合联系起来。ISDN具有以下的特点：在同一条传输线路上，既可传输话音、数据，又可传输图像；同一个交换设备既要提供数据图像交换功能，又能提供话音交换功能；网络既能接收话音型的用户，又能向数据图像型用户提供人网的接口；整个网络必须是数字化的。