计算机网络系统由硬件与软件两部分构成，其中硬件可分为资源子网和通信子网两部分。资源子网是指用于执行用户程序和作业的数据终端设备，主要负责全网的信息处理，包括计算机系统中的大型机、中型机、小型机、个人计算机及各种输入输出设备终端等；通信子网主要用于信息传输，不执行用户程序，包括传输介质、通信设备及通信控制设备等。
1.网络硬件
不同的计算机网络系统根据其需求的不同，硬件组成往往是不同的，常见的有：服务器、工作站、网络接口卡、集线器、路由器、调制解调器及通信介质等。
（1）服务器（Server） 服务器是指能为网络提供服务和进行管理的计算机系统，通常由高档微机、小型机甚至中大型机担当，可以与磁盘驱动器、打印机、调制解调器和专用通信线路等设备相连提供给客户计算机使用。网络用户依靠不同的服务器提供不同的网络服务，所以网络服务器是网络资源管理和共享的核心，其性能对整个网络的共享性能有着决定性的影响。
服务器通常以能在网络中提供的服务来命名，可分为文件服务器、数据库服务器、通信服务器、应用服务器等。
1）文件服务器：主要提供以文件存取为基础的服务，它将服务器上大容量磁盘存储空间供给网上的客户机，接收客户机发出的数据处理、存取请求。由于文件共享服务是网络中最基本也是最常用的服务，因此网络文件服务器也常被简称为网络服务器或服务器。
2）数据库服务器：主要提供数据库操作服务，即以数据库检索、更新为基础的服务器。
3）通信服务器：负责网络中各客户对主计算机的联系、网与网之间的通信以及在客户机之间共享高速调制解调器等通信设备。
4）应用服务器：提供一种特定应用的服务，例如电子邮件服务器、计算服务器等，可以提供诸如科学运算、气象预报及自动订票等需要进行大量计算或特定计算的应用服务。
采用什么样的微机用作服务器最为合适？若有条件购置专用的文件服务器则更好，专用的文件服务器对数据的存储、速度、可靠性都有考虑，诸如硬盘镜像、双工等容错技术一般都会得到应用。不过一般的小型局域网，采用PII级的微机，配备一个或数吉字节的大容量硬盘和一个32位的网卡就可以满足需求。
（2）工作站（Workstation） 工作站也称为客户机，是指连接到计算机网络中，并通过应用程序或实用程序来共享网络资源、执行任务的客户计算机，由普通的计算机承担，其性能一般低于服务器，可以访问一个或多个服务器上的数据与设备，是网络中数据主要的发生场所和使用场所。个人计算机接入Internet后，在获取Internet的服务的同时，其本身就成为一台Internet上的工作站，网络工作站需要运行网络操作系统的客户端软件。
网络工作站根据其在网络中空间或拓扑的位置，可分为本地工作站和远程工作站。本地工作站是指在同一类型干线中或直接由网络传输介质连接在一起的工作站，它们与网络之间可进行高速的数据交换。远程工作站是通过异步远程网桥或其他异步连接设备连接到局域网的一台计算机或终端。某一网络中的远程工作站也可以是另一个网络中的本地工作站。一般的远程工作站是通过电话网或其他公用网络来进行远程通信，因而数据传输速率受到一定的限制，使得远程工作站与网络只能以较低的传输速率进行数据交换。
（3）网卡 网卡也称为网络适配器、网络接口卡（Network Interface Card，NIC），主要作用是将计算机数据转换成能够通过介质传输的信号。大多数局域网采用以太网（Ethernet）卡，如NE2000网卡、计算机存储卡接口适配器（PCM-CIA）卡等。在局域网中，网卡将用户计算机与网络电缆相连，一端连接到传输介质，另一端通常是以接口卡的形式连接到网络设备上，它把网络电缆（或介质）上的串行信号转换为计算机的并行数据流，也可将数据格式由并行变成串行，并能进行信号再生，以便传输必要的距离。
网卡有16位与32位之分，16位网卡的代表产品是NE2000，一般用于工作站；32位网卡的代表产品是NE3200，一般用于服务器。网卡的接口有三种规格：粗同轴电缆连接单元接口（AUI）、细同轴电缆接口插入式标准连接器（BNC）接口和无屏蔽双绞线接口（RJ-45接口）。
在网络工作时，网卡一方面会通过连接到传输介质的端口，监测网络的状态，侦听介质上的信号。当接收到有效数据时，它会判断是否是发送给本站的数据，若是，则将数据通过与网络设备的接口传送给网络设备，否则将数据放弃或按原方向重发。另一方面，网络设备要发送的数据，也通过接口送给网卡，网卡按一定的发送时机（如传输介质空闲或收到准发信号）再将数据发送到传输介质上，从而实现网络设备间的通信。另外，网卡还完成通信包的装配与拆卸、网络存取控制、网络信号驱动等。
网卡允许独立于CPU运行，即不需要CPU就能处理数据传输与接收的细节。例如在接收数据时，网卡能等待网上的一帧、复制帧的副本、核对帧的检验和以及检查目的地址。如果目的地址与计算机地址或广播地址相匹配，那么网卡在主存中存储帧的副本，并中断CPU；如果帧内的目的地址与计算机地址不匹配，那么网卡丢弃这一帧并等待下一帧。这样，只有当发给这台计算机的帧到达时，网卡才中断CPU。
由于网卡与网络传输介质共同实现国际标准化组织（ISO）网络模型中的最低两层，即物理层与链路层，所以网卡对网络的拓扑结构、传输介质及通信协议的选择有决定性的影响。反之，网络的拓扑结构及传输介质等也确定了网卡的可选范围。
（4）通信介质 网络电缆用于网络设备之间的通信连接，常用的网络电缆有双绞线、细同轴电缆、粗同轴电缆、光缆等。此外，计算机网络还使用无线传输介质（包括微波、红外线和激光）、卫星线路等传输介质。
不同传输介质的传输速率和传输距离各不相同，在选择传输介质时，首先要考虑带宽，因为带宽较宽的信道支持数据传输速率也高。其次，应考虑传输距离，即在保证足够信号和通信质量的前提下，节点间的最大距离和网络的覆盖范围。最后，还要考虑网络拓扑结构，因为网络拓扑结构与传输介质有关，比如光纤一般采用环形拓扑，宽带同轴电缆采用总线型或树形拓扑，双绞线采用星形、环形或总线型拓扑。另外，还要综合考虑抗干扰能力、安全性、施工难易及费用等问题。
（5）网络连接设备
1）调制解调器（Modem）：调制解调器俗称为“猫”，是一个通过电话拨号接入Internet的必备的硬件设备。通常计算机内部使用的是“数字信号”，而通过电话线路传输的信号是“模拟信号”。调制解调器的作用就是当计算机发送信息时，将计算机内部使用的数字信号转换成可以用电话线传输的模拟信号，通过电话线发送出去；接收信息时，把电话线上传来的模拟信号转换成数字信号传送给计算机，供其接收和处理。
按调制解调器与计算机连接方式不同可将调制解调器分为内置式与外置式。内置式调制解调器体积小，使用时插入主机板的插槽，不能单独携带；外置式调制解调器体积大，使用时与计算机的通信接口（COM1或COM2）相连，有通信工作状态指示，可以单独携带，能方便地与其他计算机连接使用。
按调制解调器的传输能力不同，有低速和高速之分，可分为低速（小于1200bit/s）、中速（1200～9600bit/s）和高速（大于9600bit/s）三类。常见的调制解调器速率有14.4kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s、56kbit/s等，工作速度越快，上网效果越好，价格越高，但电话线路的通信能力可能制约调制解调器的整体工作效率。
标准的调制解调器一般至少具有两个RJ-11电话插座和一个网络或计算机的接口。通常，调制解调器的一端和计算机的RS-232接口相连，它们之间使用串行数字通信，另一端与公用电话网（PSTN）相连，与远端的另一个调制解调器相连。调制解调器之间使用音频信号进行通信，其连接示意图如图2-22所示。
2）中继器（Repeater）：限制局域网连接距离的一个因素是信号在传送时会衰减，为消除这个限制，一些局域网用中继器来连接两根电缆。中继器，又称为转发器或重发器，是网络物理层的一种介质连接设备，它起信号再生和放大作用。中继器不需要了解帧的格式，也没有物理地址。
图2-22 调制解调器连接示意图
中继器一般用于以太网，如图2-23所示。一个中继器连接的两根以太网电缆称为网段，每个网段都连有站点。粗缆以太网网段的设计连接距离是500m（不能超过最大距离800m），通过连接两个网段，一个中继器可以使以太网的连接距离增至1000m。因为中继器传送两个网段的所有信号，所以可使连在一个网段上的计算机能和连在另一个网段上的计算机通信。
图2-23 用中继器连接两个以太网段
中继器只在两个局域网的网段间实现电气转接，它仅用于连接同类型网段，而不能互连不同类型的网络。有些中继器还可以连接不同的传输介质，起转换作用。用中继器相连的网络段成为同一网络的一部分，具有相同的网络地址。网段中的每个节点有自己的地址，扩展段中的节点地址和已有的网段节点地址必须相同，因为它们已成为同一网络段上的一部分。
从理论上讲，可以采用中继器连接无限数量的网段，然而实际上各种网络中接入的中继器数量，因受时延和衰耗的影响，都有具体的限制，一般而言，任何一对工作站之间的中继器个数不能超过四个，否则网络便不能正常运行。此外，中继器本身的功能局限决定了它不能隔离分段间不必要的网络流量，不具有通信隔离的功能，它只负责将每一个信号从一段电缆传送到另一段上，而不管信号是否正常。
中继器优点是安装简单容易，造价低廉，主要的缺点是它再生电子干扰及错误信号；另外由于中继器双向传递网络段间的所有信息，所以它很容易导致网络上的信息拥挤，同时当某个网段有问题时，会引起所有网段的中断。其扩展规模（长度、站点数）也不能突破单级的限制，新的发展趋势是用无屏蔽双绞线（UTP）作为网络传输介质，如在楼宇规整化布线系统中，UTP为主要规范性传输介质，属于中继器的以太网UTP集线器也大量使用。
为适应用户的需求，市场上有各种各样的中继器产品：多路复用器、多口中继器，还有模块中继器、缓冲中继器等。多路复用器主要用来增加物理介质的利用率，主要是时分多路复用器、频分多路复用器、统计时分多路复用器等。多口中继器用来支持三个或多个总线网段，即三个或更多的10Base-2或10Base-5网段。
3）集线器（Hub）：集线器是应用于网络物理层的纯硬件网络底层设备，其作用是将分散的网络线路集中在一起，从而将各个独立的网络分段线路集中在一个设备中。集线器也可以看成是星形布线的线路中心，线路由这个中心向外辐射到各个局域网。实际上，集线器也是一种中继器，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以又叫多口中继器。
按功能，集线器可分为无源集线器、有源集线器和智能集线器三种。无源集线器仅具有单纯的集线功能，不对信号做任何处理。有源集线器除了具有集线功能外，还可对传输信号进行再生和放大，扩展介质长度。智能集线器在有源集线器的功能基础上，增加了网络管理和智能选择网络传输通路的功能，实现了不同类型网络间的协调通信，不需要增加路由器或网桥，从而既增加了网络的灵活性，又降低了建网的成本。
按结构，集线器可分为独立式集线器、堆叠式集线器、智能模块化集线器和交换式集线器。独立式集线器只具有集线的功能，也有智能型的。堆叠式集线器由几个独立的单元组成，每个单元有给定数目的端口，每个单元像独立式集线器那样按自己的规划工作，但同时具有外部连接，以增加和它完全一样的补充单元。智能模块化集线器也称为机箱式集线器，它由机箱、电源、背板、控制卡、功能模块卡组成，网络功能以模块方式实现。例如，在集线器的扩展槽中，插入不同类型的接口卡，就可以将不同类型的线路连接起来。如果插入FDDI卡，则相连的是光纤；如果插入令牌环接口卡，则相连的是双绞线，这样集线器就可支持多种传输介质。机箱的大小由插槽数目来确定。交换式集线器平台增加了线路交换功能和网络分段方式，从而有效提高了传输带宽，不仅支持现有网络技术，而且还可以支持交换式网络技术。
目前，集线器产品已在技术上向交换机技术进行了过渡，具备了一定的智能性和数据交换能力。但随着交换机价格的不断下降，仅有的价格优势已不再明显，集线器的市场越来越小，处于淘汰的边缘。尽管如此，集线器对于家庭或者小型企业来说，在经济上还是有一点诱惑力的，特别适合家庭几台机器的网络中或者中小型公司作为分支网络使用。(www.xing528.com)
4）网桥（Bridge）：网桥又称为桥接器或桥路，工作在数据链路层，具有在不同网段之间再生信号的功能，通常用于连接数量不多的、同一类型的网段。网桥有两方面的功能：
①网桥可以把实际上分离的局域网连成一个逻辑上单一的局域网。一个局域网上的用户可以透明地通过网桥访问另一网络上的资源，访问如同是在同一个局域网上进行，从而扩大了网络的地理范围。
②网桥还可实现通信分段，隔离网络通信流量。因为网桥可以把较大的局域网分成若干个逻辑子网，把通信性质相似的用户分配在同一个子网中，从而减少整个局域网中信息流量，提高网络效率。
和中继器不一样，网桥具有帧过滤功能，能处理一个完整的帧，并使用和计算机相同的接口设备。网桥以一种随机方式侦听每个网段上的信号，当它从一个网段接收到一个帧时，网桥会检查并确认该帧是否已完整地到达，如果需要的话，可把该帧传送到其他网段上。
目前，网桥主要有透明网桥、转换网桥、封装网桥、源路由选择网桥等四种类型。此外，当需要把处于两个地点相隔很远的网段连接成一个逻辑网时，可以采用远程网桥，两地之间的通信信道可以租用电话线路或者卫星频道，图2-24所示是用卫星来桥接两个网段。对本地网桥而言，性能比较重要，而对远程网桥而言，在长距离上正常运行更重要。
图2-24 远程网桥
5）路由器（Router）：路由器是在网桥的基础上改进得到的一种端口设备，它可以比网桥完成更多的功能。路由器除了提供过滤和桥接的功能外，还提供复杂的路径控制和管理功能。网桥常用于局域网点到点的互连，而路由器则可用于建立大型的、复杂的符合X.25标准的互联网。
路由器工作在开放式系统互连（OSI）网络模型的第三层，即网络层。它需要处理网络层的数据分组、判断网络地址和选择路径，能在复杂的网络互连环境中，建立非常灵活的连接，能在网段的冗余路径中作出选择，并可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各子网。
路由器具有不同局域网间的路由能力，即可用来在令牌环网用户和以太网用户之间进行通信。路由器接收传来的帧，并把它存到存储器中。当帧被存储后，路由器阅读帧中包含的信息，使用复杂的网络寻址过程来判断适当的网络目标，重新按最终到达的网络类型改组成新的帧，最后将它发送到正确的端口上。
此外，路由器还可以利用通信协议本身的流量控制来控制信息的传送，解决通信拥挤的问题，同时它还可以过滤网络中的错误，有错误的数据包不能通过路由器。
从功能上划分，可将路由器分为骨干级路由器、企业级路由器和接入级路由器。骨干级路由器是实现企业级网络互连的关键设备，数据吞吐量较大。为了获得高可靠性，网络系统普遍采用诸如热备份、双电源、双数据通路等传统冗余技术，从而使得骨干路由器的可靠性一般不成问题。企业级路由器连接许多终端系统，连接对象较多，但系统相对简单，数据流量较小，对这类路由器的要求是：以尽量便宜的方法，实现尽可能多的端点互连，同时还要求能够支持不同的服务质量。接入级路由器主要应用于连接家庭或因特网服务提供商（Internet Service Provider，ISP）内的小型企业客户群体。
6）网关（Gateway）：网关又称为网间连接器、协议转换器，是支持比网络层更高层次上的网络互连设备，可连接不同类型的网络，既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连，使不同类型的网络之间可以进行信息交换。
网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备，在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器，它将数据完全重新分组，甚至要改变报文的格式，使之与接收端的应用程序相一致，所以网关不仅要连接分离的网络，还必须确保一个网络传输的数据与另一个网络的数据格式兼容。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。充当网关设备的，一般是专用的微机或文件服务器，网关计算机运行两类系统间转换的程序，实现数据传输和协议对话，其使用情况如图2-25所示。
图2-25 网关的使用
按照不同的分类标准，网关有很多种，传输控制协议/网际协议（TCP/IP）里的网关是最常用的，所以一般意义上的“网关”均指TCP/IP下的网关。实质上，网关是一个网络通向其他网络的IP地址，只有设置好网关的IP地址，TCP/IP才能实现不同网络之间的相互通信，也就是说，网关的IP地址是具有路由功能的设备IP地址，所以网关也常被称为IP路由器。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1～192.168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1～192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0，在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP也会根据子网掩码（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。
按功能分，网关可大致分为三类：协议网关（主要功能是在不同协议的网络之间的协议转换）、应用网关（针对专门的应用而设置，将某个服务的一种数据格式转化为该服务的另外一种数据格式，用以实现数据交流）和安全网关（最常用的安全网关就是包过滤器，实际上就是对数据包的原地址、目的地址和端口号、网络协议进行授权）。此外，最近微软公司从网关的日常功能出发，也提出了它自己的分类方案，即分为数据网关（主要用于进行数据吞吐的简单路由器，为网络协议提供传递支持）、多媒体网关（除了数据网关具有的特性外，还提供针对音频和视频内容传输的特性）、集体控制网关（实现网络上的家庭控制和安全服务管理）。
2.网络软件
计算机网络硬件通过传输媒介实现了本地网络设备与其他网络设备之间的硬件连接，但要真正实现网络设备之间的数据通信和管理，必须通过网络软件来完成。
（1）网络软件构成 计算机网络软件大致可分为五类：操作系统核心软件、通信控制协议软件、管理软件（包括安全、记账、错误处理、配置等）、交换与路由软件以及应用软件。
操作系统核心软件是网络软件系统的基础，网络操作系统是整个网络控制和管理的核心，它可在不同的网络硬件上运行，支持网络实用程序及其管理，为用户提供丰富的界面，具有多种网络控制方式，为网上用户提供了便利的操作和管理平台。一般来说，和计算机网络连接的主机或交换设备所使用的操作系统必须是多任务的，否则将无法处理来自不同计算机的数据的收发任务，这也是Unix操作系统从一开始就成为Internet主要操作系统的原因。
通信控制协议软件是计算机网络中各部分通信之间所必须遵守的某些约定和规则的集合，它定义了交换信息时的词汇、格式和顺序。计算机网络的体系结构都是由协议决定的，而且网络管理软件、交换与路由软件以及应用软件等都要通过通信控制协议软件才能发生作用，所以通信控制协议软件是计算机网络软件的核心部分。
管理软件主要负责管理计算机网络的用户与网络的接入、认证、安全、运行状态和计费等。
交换与路由软件主要负责为各部分通信之间建立和维护传输信息所需的路径。
应用软件主要负责解决用户在实际工作中的各种操作实现。
（2）网络操作系统的选择 在组建网络时，关键是选择合适的网络操作系统。网络操作系统（Network Operation System，NOS）是为用户提供访问网络中各计算机资源服务的操作系统，它包括一些具有实现网络访问功能的模块以及相关的数据通信协议，是使网络上各计算机能方便有效地共享网络资源、为用户提供所需的各种服务软件和规程的集合。
由于提供的服务类型不同，网络操作系统与运行在工作站上的单用户操作系统或多用户操作系统不同。一般情况下，网络操作系统应以使网络相关特性最佳为目的，如共享数据文件、软件应用及共享硬盘、打印机、调制解调器等，用户可以根据经验和自身的需求选择网络操作系统。从体系结构的观点看，网络操作系统不同于一般网络协议所需的完整的协议通信传输功能，它还具有所有操作系统的职能，如任务管理、缓冲区管理、文件管理及磁盘与打印机等外部设备管理。从操作系统的观点来看，网络操作系统大多是围绕核心调度来实现多用户共享资源。从网络的观点看，一般的网络操作系统可支持多种网络接口卡，如Novell公司、3Com公司以及其他厂商生产的网卡；有基于总线的网卡，也有基于令牌环的网卡以及支持星形网络的ARCnet卡。因此，从拓扑结构来看，网络操作系统可以运行于总线型、环形、星形等多种形式的网络之上，换句话说，网络操作系统独立于网络的拓扑结构。另外，为了提供网络的互连，一般网络操作系统都提供了多种复杂的桥接、路由功能，可以实现由具有相同或不同的网络接口卡、不同协议和不同拓扑结构的网络连接。
由于计算机网络应用前景广阔，因此众多厂商竞争激烈，相继推出各自的网络系统，目前国内常用的网络操作系统主要有如下几类：
1）Novell网络操作系统，包括Netware V3.11、V3.12、V4、V5等，它具有高效能和适用性好的特点，能为用户提供一种可伸缩、可扩展的网络解决方案。
2）Unix网络操作系统，具有良好的网络管理功能和丰富的应用软件支持，目前的版本主要包括Solaris和Linux等。
3）Windows网络操作系统，如Windows NT/2000/XP等。
目前网络操作系统的基本工作模式主要有对等式网络、专用服务器和客户机/服务器三种。
1）对等式（Peer to Peer）网络结构：对等式网络不需要专用的服务器，每一台工作站都具有自主权，工作站之间可以互相直接交换文件，前提是工作站的操作系统相同。支持这种网络结构的操作系统有Microsoft公司的Windows For Workgroup和Novell Netware等。
2）专用服务器（Server-Based）结构：专用服务器结构需要一台专用的文件服务器，该服务器中存储着应用程序和数据，当工作站用户需要应用程序和数据时，可从文件服务器上获取。所有的工作站皆以此服务器为中心来进行作业，网络上的工作站之间无法直接进行文件传输，所有的文件读取，消息传送都要通过服务器作媒介。在这种结构中，每一台工作站都具有独立运算的能力，所以这属于集中管理、分散处理的方式。支持这种网络结构的操作系统有：Microsoft公司的LAN Manager和Novell公司的Netware V2.x以上版本。
3）客户机/服务器（Server/Client）结构：在客户机/服务器结构中，客户机是提出服务请求的计算机，它负责用户界面和I/O的处理，并向服务器提出要求，而服务器是为客户机提供服务的计算机。工作时，服务器一端不断倾听工作站是否有请求，如果有请求，服务器处理此请求，并且将结果与相关的信息送回给工作站，工作站将收到的结果和相关信息通过界面呈现给用户。支持这种网络结构的操作系统有：Microsoft公司的LAN Manager和Windows NT，Novell公司的Netware和Linux以及SUN公司的网络文件服务器（NFS）等。
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