计算机网络基本概念解析

1.计算机网络的定义

随着Internet技术的飞速发展和信息基础设施的不断完善，信息化与工业化的深度融合，物联网、大数据、云计算的迅速崛起，作为基础平台的计算机网络的建设发展尤其重要。而随着人工智能的发展、5G时代即将到来又会对网络技术带来一些新的机遇和挑战。网络的应用与普及也正在改变着人们的生活、学习和工作方式，推动着社会文明的进步。计算机网络是指具有独立功能的计算机及其外部设备传输媒体互联起来，实现资源共享和信息传递的计算机系统。

2.计算机网络的组成

一个典型的计算机网络主要由计算机系统、数据通信系统、网络软件及协议三大部分组成。计算机系统是网络的基本模块，为网络内的其他计算机提供共享资源；数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，提供各种连接（功能）技术和信息交换（功能）技术；网络软件是网络的组织者和管理者，在网络协议的支持下，为网络用户提供各种服务。

（1）计算机系统。计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出，提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为两类：主计算机和终端。

（2）数据通信系统。数据通信系统主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备组成。

（3）网络软件及协议。网络管理软件是用来对网络资源进行管理及对网络进行维护的软件，而网络应用软件为用户提供丰富简便的应用服务，是网络用户在网络上解决实际问题的软件。网络协议是实现计算机之间、网络之间相互识别并正确进行通信的一组标准和规则，它是计算机网络工作的基础。

3.计算机网络的分类

根据不同的分类标准，可对计算机网络做出不同的分类。通常采用的分类方法如下。

（1）按网络覆盖的地理范围分类。

按照网络覆盖的地理范围分类，可以将计算机网络分为局域网、城域网、广域网。

局域网（Local Area Network，LAN）是一种在小范围内实现的计算机网络，一般指在一个建筑物内或一个工厂、一个单位内部。局域网覆盖的范围一般在几十米到几十千米以内。网络传输速率高，从10 Mb/s到100 Mb/s，甚至可以达到10 Gb/s。通过局域网中的各种计算机可以实现资源共享，如打印机或数据库等。局域网通常归属于一个单一的组织管理。

城域网（Metropolitan Area Network，MAN）规模局限于一个城市的范围内，覆盖的地理范围可从几十千米到上百千米，是一种中等形式的网络。城域网的设计目标是要满足几十千米范围内的大量企业、机关等多个局域网互连的需求，以实现用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能。目前，城域网的发展越来越接近局域网，常采用局域网和广域网技术构成宽带城域网。

广域网（Wide Area Network，WAN）覆盖的地理范围从数百千米至数千千米，甚至上万千米，可以是一个地区或一个国家，甚至世界几大洲，故又称远程网。广域网一般由中间设备（路由器）和通信线路组成，其通信线路大多借助于一些公用通信网，如PSTN、DDN、ISDN。广域网信道传输速率较低，结构比较复杂，使用的主要是存储转发技术。广域网的作用是实现远距离计算机之间的数据传输和资源共享。

（2）按传输技术分类。

按照传输技术分类，可以将计算机网络分为广播式网络和点对点网络。

1）广播式网络：在广播式网络（Broadcast Network）中，仅有一条通信信道，网络上的所有计算机都共享这一条公共通信信道。当一台计算机在信道上发送分组或数据包时，网络中的每台计算机都会接收到这个分组，并且将自己的地址与分组中的目的地址进行比较，如果相同，则处理该分组，否则将它丢弃。

2）点对点网络：与广播式网络相反，在点对点（Point to Point）网络中，每条物理线路连接两台计算机。假如两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过一个或多个中间节点的接收、存储、转发，才能将分组从信源发送到目的地。采用分组存储转发与路由选择机制是点对点网络与广播式网络的重要区别。

（3）按其他的方法分类。

1）按局域网的标准协议分类。

根据网络所使用的局域网标准协议分类，可以把计算机网络分为以太网（IEEE 802.3）、快速以太网（IEEE 802.3u）和千兆以太网（IEEE 802.3z和IEEE 802.3ab），以及万兆以太网（IEEE 802.3ae）和令牌环网（IEEE 802.5）等。

2）按使用的传输介质分类。

传输介质是指数据传输系统中发送装置和接收装置间的物理媒体，按其物理形态可以划分为有线和无线两大类。常用的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤，常用的无线传输介质有无线电、微波、红外线、激光等。

3）按网络的拓扑结构分类。

计算机网络的物理连接形式称为网络的物理拓扑结构。连接在网络上的计算机、大容量的外存、高速打印机等设备均可看作是网络上的一个节点，也称为工作站。计算机网络中常用的拓扑结构有总线型、星型、环型、网状型等。

4）按所使用的网络操作系统分类。

根据网络所使用的操作系统分类，可以把网络分为NetWare网、UNIX网、Windows NT网等。(www.xing528.com)

4.计算机网络性能指标

性能指标从不同的方面来度量计算机网络的性能。下面介绍常用的7个性能指标。

（1）速率。

计算机发送出的信号都是数字形式的。比特是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。网络技术中的速率指的是连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，它也称为数据率（Data rate）或比特率（bit rate）。速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率的单位是bit/s（或b/s）（即bit per second）。

（2）带宽。

在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路所能传送数据的能力，因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。这里一般说到的“带宽”就是指这个意思。这种意义的带宽的单位是“比特每秒”，记为bit/s。

（3）吞吐量。

吞吐量表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。

（4）时延。

时延是指数据（一个报文或分组，甚至比特）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。时延是个很重要的性能指标，它有时也称为延迟或迟延。

（5）时延带宽积。

把以上讨论的网络性能的两个度量：传播时延和带宽相乘，就得到另一个很有用的度量：传播时延带宽积，即时延带宽积＝传播时延×带宽。

（6）往返时间。

在计算机网络中，往返时间也是一个重要的性能指标，它表示从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认（接收方收到数据后便立即发送确认）总共经历的时间。

（7）利用率。

利用率有信道利用率和网络利用率两种。信道利用率指某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过），完全空闲的信道的利用率是零。网络利用率是全网络的信道利用率的加权平均值

5.计算机网络功能

计算机网络具有丰富的资源和多种功能，其主要功能是资源共享和数据通信。

（1）资源共享。

所谓资源共享，就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。

1）硬件资源。计算机网络的主要功能之一就是共享硬件资源，即连接在网络上的用户可以共享使用网络上各种不同类型的硬件设备。计算机的许多硬件设备是十分昂贵的，不可能为每个用户所独自拥有。例如，可以进行复杂运算的巨型计算机、海量存储器、高速激光打印机、大型绘图仪和一些特殊的外设等。

2）软件资源。互联网上有极为丰富的软件资源，可以让大家共享，如网络操作系统、应用软件、工具软件、数据库管理软件等。共享软件允许多个用户同时调用服务器的各种软件资源，并且保持数据的完整性和统一性。用户可以通过使用各种类型的网络应用软件，共享远程服务器上的软件资源；也可以通过一些网络应用程序，将共享软件下载到本机使用，如匿名FTP就是一种专门提供共享软件的信息服务。

3）信息资源。信息是一种非常重要和宝贵的资源。互联网就是一个巨大的信息资源宝库，其信息资源涉及各个领域，内容极为丰富。每个接入互联网的用户都可以共享这些信息资源，可以在任何时间以任何形式去搜索、访问、浏览和获取这些信息资源。

（2）数据通信。

组建计算机网络的主要目的就是使分布在不同地理位置的计算机用户能够相互通信、交流信息和共享资源。计算机网络中的计算机与计算机之间或计算机与终端之间，可以快速可靠地相互传递各种信息，如数据、程序、文件、图形、图像、声音、视频流等。利用网络的通信功能，人们可以进行各种远程通信，实现各种网络上的应用，如收发电子邮件、视频点播、视频会议、远程教学、远程医疗、在网上发布各种消息、进行各种讨论等。