计算机网络及其构成

张晋薇

【摘 要】本文简介了计算机网络的发展，同时从网络分类、网络的拓扑结构、网络硬件、网络软件、网络协议等几个方面，对网络的构成进行了说明，介绍了计算机网络及其主要构成要素。

【关键词】计算机；网络；构成

0 前言

国际互联网（internet），又称因特网，始建立于1969年的美国，目前已经联接着超过160个国家和地区，四万多个子网，五百多万台电脑主机，是世界上信息资源最丰富的电脑公共网络。

它具有快捷性、普及性，促进了人类社会的进步，丰富人类的精神世界和物质世界，是现今最流行、最受欢迎的传媒之一。

1 网络简介

互联网是由一些使用公用语言互相通信的计算机连接而成的网络，即广域网、局域网及单机按照一定的通讯协议组成的国际计算机网络。

一个完整的网络需要四个要素组成：通信线路、通信设备、有独立功能的计算机、网络软件及实现数据通信与资源共享，这四个要素缺一不可。

2 计算机网络分类

在计算机网络中，可按不同的标准进行分类。一般可按网络节点分布、网络拓扑结构及按交换方式来分类。

2.1 按网络结点分布

计算机网络按网络结点分布可分为：局域网（Local Area Network，LAN）、广域网（Wide Area Network，WAN）和城域网（Metropolitan Area Network，MAN）。

局域网（LAN）是一种在小范围内实现的计算机网络，作用范围一般为几米到几十公里以内，结构简单，布线相对容易。一般在一个建筑物内，或一个工厂、一个事业单位内部，为单位独有。

城域网（MAN）是在一个城市内部组建的计算机信息网络，提供全市的信息服务。作用范围界于WAN与LAN之间目前。

广域网（WAN）范围很广，信道传输速率较低，一般小于0.1Mbps，结构比较复杂，作用范围一般为几十到几千公里。可以分布在一个省内、一个国家或几个国家。

2.2 按拓扑结构分类

计算机网络按拓扑结构分类可分为：总线型、环型、星型、网状。

总线型拓扑结构是指采用单根传输线作为总线，所有工作站都共用一条总线。

环型网络拓扑结构主要应用于采用同轴电缆（也可以是光纤）作为传输介质的令牌网中，是由连接成封闭回路的网络节点组成的。

星型拓扑结构是用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连构成的网络。

网状网是一种新型的无线网络架构，它的核心指导思想是让网络中的每个节点都可以发送和接收信号。

2.3 按交换方式

计算机网络可分为线路交换网络（Circurt Switching）、报文交换网络（Message Switching）和分组交换网络（Packet Switching）。

线路交换网络是早期的计算机网络就是采用此方式来传输数据的，数字信号经过变换成为模拟信号后才能在线路上传输。

报文交换网络是一种数字化网络。通信时，源机发出的一个报文被存储在交换器里，交换器根据报文的目的地址选择合适的路径发送报文，这种方式称做存储-转发方式。

分组交换网络也采用报文传输，它是将一个长的报文划分为许多定长的报文分组，以分组作为传输的基本单位。这不仅简化了对计算机存储器的管理，而且也加速了信息在网络中的传播速度。

由于分组交换优于线路交换和报文交换，具有许多优点，因此它已成为计算机网络的主流。

3 网络的拓扑结构

网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用一定方式把网络中的计算机设备连接起来。

构成网络的拓扑结构有很多种，拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，它的结构主要有星型结构、环型结构、总线结构、分布式结构、树型结构、网状结构、蜂窝状结构等。

3.1 星型

星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。

网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。

星型拓扑结构便于集中控制，易于维护和安全等优点，端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。星型拓扑结构的网络延迟时间较小，传输误差较低。

缺点是中心系统必须具有极高的可靠性，为提高系统的可靠性，对中心系统通常采用双机热备份。

3.2 环型

环型结构在小型局域网中使用较多。

环型网络拓扑结构主要应用于采用同轴电缆作为传输介质的令牌网中，是由连接成封闭回路的网络节点组成的。

数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。

优点：点到点的链路，总以单向方式操作；信息流在网中是沿着固定方向流动，简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，控制软件简单。

缺点：信息源在环路中串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。

3.3 总线型

总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中央节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。

这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支节点故障查找难。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作，所以是局域网技术中使用最普遍的一种。

3.4 分布式

分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式。

分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个节点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。

缺点为连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。

3.4 网状

网状拓扑结构主要指各节点通过传输线互联连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连。网状拓扑结构具有较高的可靠性，但其结构复杂，实现起来费用较高，不易管理和维护，不常用于局域网！

3.5 蜂窝

蜂窝拓扑结构是无线局域网中常用的结构。它以无线传输介质（微波、卫星、红外等）点到点和多点传输为特征，适用于城市网、校园网、企业网。

4 网络硬件

目前在计算机网络中应用较为普遍的网络硬件有：计算机网卡、集线器（Hub）、路由器（Router）、交换机、专用数据传送设备。其中我们把计算机网卡、集线器（HUB）、路由器（Router）、交换机称为计算机网络的主要设备。

4.1 计算机网卡及其分类

计算机网卡是局域网中连接计算机和传输介质的接口。

计算机网卡分类：网络接口（细缆口、粗缆口、双绞线口、光缆口）、 带宽（10兆网卡、100兆网卡、10/100自适应网卡、千兆网卡）、主板接口（ISA接口网卡、PCI接口网卡. EISA接口网卡、MCA接口网卡）。

4.2 集线器及其分类

集线器是局域网中的基础设备，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

集线器（Hub）分类：接口的数量（4口、8口、12口、24口、36口、48口等）、带宽（10兆、100兆、10/100自适应型、10/100兆混合型、1000兆）、是否智能型）。

4.3 路由器

路由器是一个能把多个异种子网互联起来，形成一个综合性的通讯网络的一种网络设备。同时它还能对数据传送时进行最佳寻径、流量管理、数据过滤、负荷分流、负载均衡和冗余容错等；高挡的路由器还具有数据压缩、传送优先、数据加密等功能。提供诸如局域网互连、广域网接口等多种服务。

4.4 交换机

交换机是一种存储转发设备，它是基于OSI参考模型的数据链路层操作的技术，是根据其发送帧中的终点MAC地址进行信息帧转发的。

5 网络软件

5.1 网络软件简介

网络软件是计算机网络环境中，用于支持数据通信和各种网络活动的软件。

每个计算机网络都制订一套全网共同遵守的网络协议，并要求网中每个主机系统配置相应的协议软件，以确保网中不同系统之间能够可靠、有效地相互通信和合作。

5.2 网络软件分类

网络软件包括通信支撑平台软件、网络服务支撑平台软件、网络应用支撑平台软件、网络应用系统、网络管理系统以及用于特殊网络站点的软件等。

通信软件和各层网络协议软件是这些网络软件的基础和主体。

5.2.1 通信软件

通讯软件用以监督和控制通信工作的软件。它除了作为计算机网络软件的基础组成部分外，还可用作计算机与自带终端或附属计算机之间实现通信的软件。

通信软件通常由线路缓冲区管理程序、线路控制程序以及报文管理程序组成。报文管理程序通常由接收、发送、收发记录、差错控制、开始和终了5个部分组成。

5.2.2 协议软件

网络软件的重要组成部分，按网络所采用的协议层次模型组织而成。

除物理层外，其余各层协议大都由软件实现。每层协议软件通常由一个或多个进程组成，其主要任务是完成相应层协议所规定的功能，以及与上、下层的接口功能。

5.2.3 应用系统

根据网络的组建目的和业务的发展情况，研制、开发或购置。其任务是实现网络总体规划所规定的各项业务，提供网络服务和资源共享。

网络应用系统有通用和专用之分。通用网络应用系统适用于较广泛的领域和行业，如数据收集系统、数据转发系统和数据库查询系统等。

专用网络应用系统只适用于特定的行业和领域，如银行核算、铁路控制、军事指挥等。

5.3 网络软件安全问题

5.3.1 网络软件的漏洞及缺陷被利用，使网络遭到入侵和破坏

5.3.2 网络软件安全功能不健全或被安装了“特洛伊木马”软件

5.3.3 应加安全措施的软件未给予标识和保护，要害的程序没有安全措施，使软件被非法使用、被破坏或产生错误

5.3.4 拒绝服务，中断或妨碍通信，延误对时间要求较高的操作

5.3.5 没有正确的安全策略和安全机制，缺乏先进的安全工具和手段

5.3.6 不妥当的标定或资料，导致所改的程序出现版本错误

如程序员没有保存程序变更的记录；没有做拷贝；未建立保存记录的业务。

6 网络协议

6.1 网络协议简介

协议是为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合，用来描述进程之间信息交换数据时的规则术语。

6.2 要素

网络协议是由三个要素组成：语义、语法、时序。

人们形象地把这三个要素描述为：语义表示要做什么，语法表示要怎么做，时序表示做的顺序。

6.2.1 语义是解释控制信息每个部分的意义。它规定了需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出什么样的响应。

6.2.2 语法是用户数据与控制信息的结构与格式，以及数据出现的顺序。

6.2.3 时序是对事件发生顺序的详细说明，也可称为“同步”。

6.3 层次划分

为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织提出了“开放系统互联参考模型”（OSI/RM模型）。

它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

对于每一层，至少制定两项标准：服务定义和协议规范。

服务定义给出了该层所提供的服务的准确定义，协议规范描述了协议的动作和各种有关规程，以保证服务的提供。

6.4 常用协议

在计算机网络中TCP/IP协议、NetBEUI 协议、IPX/SPX协议，这三大协议最为常用。

6.4.1 TCP/IP协议

TCP/IP协议是三大协议中最重要的一个，随着Internet网的发展，TCP/IP协议也得到进一步的研究开发和推广应用，成为Internet网上的“通用语言”，也是是目前最流行的网络协议。作为互联网的基础协议，任何和互联网有关的操作都离不开TCP/IP协议。

TCP/IP协议使用需要进行配置IP地址、网关、子网掩码、DNS服务器等参数。

但TCP/IP协议在局域网中的通信效率并不高，使用它在浏览“网上邻居”中的计算机时，经常会出现不能正常浏览的现象。此时安装NetBEUI协议就会解决这个问题。

6.4.2 NetBEUI 协议

NetBEUI是NetBIOS协议的增强版本，它是一种短小精悍、通信效率高的广播型协议，安装后不需要进行设置，特别适合于在“网络邻居”传送数据。

如果一台只装了TCP/IP协议的WINDOWS98机器要想加入到WINNT域，必须安装NetBEUI协议。

6.4.3 IPX/SPX协议

IPX/SPX协议本来就是Novell开发的专用于NetWare网络中的协议。在局域网中它可以使多种操作系统进行通讯，而且使用简单，不需要任何设置。

【参考文献】

[1]胡道元.计算机局域网.4版[M].北京：清华大学出版社.

[责任编辑：曹明明]