计算机网络组成及应用

与计算机系统类似，计算机网络系统也由网络硬件和网络软件两部分组成。

1.网络硬件

计算机网络的硬件一般包括计算机（终端设备）、传输介质和网络连接设备。下面主要介绍传输介质和网络连接设备。

1）传输介质（Media）

局域网中常用的传输介质有同轴电缆、双绞线和光缆。随着无线网的深入研究和广泛应用，无线技术也越来越多地用来进行局域网的组建。

2）网络接口卡（NIC，Network Interface Card）

网络接口卡简称网卡，又称网络适配器，是构成网络必需的基本设备，用于将用户计算机与网络相连。通常网卡都插在计算机的扩展槽内。目前，大多数计算机主板上都集成了标准的以太网卡，不需要另外安装网卡。但服务器主机、防火墙等网络设备内，网卡还有它独特的作用。

3）集线器（Hub）

集线器是一种多端口的中继器。集线器外观与交换机相似，但是它采用共享工作模式，性能大大低于交换机。由于交换机性能高，而且越来越便宜，集线器在网络已很少使用，基本上已被淘汰。

4）交换机（Switch）

交换概念的提出是对于共享工作模式的改进，而交换式局域网的核心设备是局域网交换机。共享式局域网在每个时间片上只允许有一个节点占用公用的通信信道。交换机支持端口连接的节点之间的多个并发连接，从而增大网络带宽，改善局域网的性能和服务质量。

5）路由器（Router）

路由器一般是一台专用网络设备，路由器也可以由“通用计算机+路由软件”构成。路由器本身就是一台专用的计算机，也有CPU、内存、主板、操作系统等。路由器是实现局域网与广域网互联的主要设备。

路由器检测数据的目的地址，对路径进行动态分配，根据不同的地址将数据分流到不同的路径中。如果存在多条路径，则根据路径的工作状态和忙闲情况，选择一条合适的路径，动态平衡通信负载。

2.网络软件

网络软件是计算机网络的重要组成部分。目前，网络软件都是高度结构化的。为了降低网络设计的复杂性，绝大多数网络都通过划分层次，每一层都在其下一层的基础上，每一层都向上一层提供特定的服务。提供网络硬件设备的厂商很多，为保证使用不同设备的通信双方对数据的传输理解一致，必须使用共同遵守的通信协议来实现。

通信协议是通信双方都必须要遵守的通信规则，是一种约定。计算机网络中的协议非常复杂，因此网络协议通常都按照结构化的层次方式来进行组织。

在众多网络协议中，TCP/IP协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议）是一个性能卓越的、获得广大用户认可的协议族。1969年随着ARPAnet网的出现，网络专家们制定了TCP/IP网络协议，该协议和ARPAnet取得了巨大的成功，从而使得TCP/IP在许多网络系统中被采用，ARPAnet也发展成为今天的Internet。TCP/IP协议的层次结构如图3-2所示。(www.xing528.com)

图3-2　TCP/IP参考模型

1）网络层（Network Layer）

网络层是TCP/IP实现的物理基础。TCP/IP并没有定义网络层的具体内容，而是直接采用IEEE 802定义的协议系列。目前，网络层常用的协议有IEEE 802.3系列以太网（Ethernet）协议、ATM（异步传输网）网络相关协议、SDH（同步数字系列）网络协议等。

2）互联层（Internet Layer）

互联层采用IP（网际协议），其他协议有ICMP（网际报文控制协议）、ARP（地址解析协议）、RARP（反向地址解析协议）。

IP是其中最重要的一个协议，具体实现的功能包括：IP接收传输层送来的数据，并将其封装成IP数据包，然后把它们送入网络；同时接收网络层送来的数据，去掉IP包头，重新创建原来的数据，然后发送到目的主机上。

IP提供的是一种不可靠的报文传送服务，因此在IP层中需要一种有特殊用途的报文机制，发送通知让目的主机采取相应措施，这就是ICMP协议。分组接收主机利用ICMP协议通知IP发送主机在哪些方面需要修改，接收主机的IP还必须将所接收的各个数据包重新组合，保证不丢失数据段，并确保它们的顺序正确。

在TCP/IP网络环境下，每台主机都分配了一个IP地址。为了让报文能够在物理网络上传送，就必须要知道双方的地址，这样就要把IP地址变换为主机中网卡的物理地址，因此在网络层建立一组协议ARP，将IP地址转换为相应的网卡物理地址。无IP地址的站点可以通过RARP协议获得自己的IP地址。

3）传输层（Transport Layer）

传输层由TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）两个协议组成，TCP协议提供可靠传输服务，但传输性能较低；UDP提供不可靠传输服务，但传输性能较高。

TCP提供一种可靠的数据流服务，它在网络协议组中具有很大的独立性。TCP对下层网络协议只有基本的要求，很容易在不同的网络上应用，因而可以在众多的网络上工作。TCP协议负责从高层接收任意长度的报文，并把它们分成不超过64 KB的分组，还负责报文的顺序重组及失败报文的重发。

UDP是对IP协议组的扩充，并可取代TCP服务，它实际上是IP层的接口，是一种增加的报文发送机制，发送主机利用这种机制可以区分一台计算机上的多个接收者。UDP依靠IP协议传送报文，因此它的服务和IP一样，是不可靠的。这种服务不用确认，不对报文排序，UDP报文可能会出现丢失、重复、失序等现象。

4）应用层（Application Layer）

应用层协议是为了解决某一类应用问题，而问题的解决又往往通过位于不同主机中的多个应用进程之间的通信和协同工作来完成。应用层的具体内容就是规定应用进程在通信时所遵循的协议。

应用层的网络协议很多，常用的应用层协议有DNS（域名服务）协议，主要用于IP地址与网络域名的相互解析；HTTP（超文本传输协议），主要用于网页传输；SMTP（简单邮件传送协议），主要用于邮件传输；FTP（文件传输协议），主要用于网络文件下载；Telnet（远程登录）协议，主要用于网络远程管理等。

应用层的许多协议都是基于客户服务器方式。客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程。客户服务器方式所描述的是进程之间服务和被服务的关系。客户是服务请求方，服务器是服务提供方。