计算机网络基本认识与网络技术对比

任务描述

本任务学习网络的基本知识，包括网络的概念、发展历史、分类、拓扑结构，以及网络标准化组织等内容。通过本任务的学习，学生应掌握网络的基本知识，为以后的学习奠定基础。

任务实施

1.了解网络的概念

网络（network）是一个复杂的人或物的互联系统。我们周围无时无刻不存在一张网，如电话网、电报网等；即使我们身体内部也存在许许多多的网络系统，如神经系统、消化系统等。计算机网络是21世纪最主要的网络之一。

在计算机网络出现的前期，计算机都是独立的设备，每台计算机独立工作，互不联系。计算机与通信技术的结合，对计算机系统的组织方式产生了深远的影响，使计算机之间的相互访问成为可能。不同种类的计算机通过同种类型的通信协议（protocol）相互通信，产生了计算机网络（computer network）。

计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机及专门的外部设备利用通信线路互联成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享信息资源。我们给出一个如此广泛的定义是因为IT业迅速发展，各种网络互联终端设备层出不穷，像计算机、打印机、WAP（wireless application protocol）手机、掌上电脑PDA（personal digital assistant）、网络电话等各种支持网络互联的设备。

网络是计算机的一个群体，是由多台计算机组成的，这些计算机是通过一定的通信介质互联在一起的。计算机之间的互联是指它们彼此之间能够交换信息。互联通常有两种方式：一种是计算机间通过双绞线、同轴电缆、电话线、光纤等有形通信介质连接；另一种是通过红外光、激光、微波、卫星通信信道等无形介质互联。

计算机网络的定义包括如下几个基本要素。

1）至少存在两个以上的具有独立操作系统的计算机，相互间需要共享资源、信息交换与传递。

2）两个以上能独立操作的计算机之间要拥有某种通信手段或方法进行互联。

3）两个以上的独立实体之间要做到互相通信，就必须制定各方都认可的通信规则，也就是所谓的通信协议。

4）需要有对资源进行集中管理或分散管理的软件系统，即所谓的网络操作系统。

2.了解计算机网络的发展历史

计算机网络的起源可以追溯到20世纪50年代，美国军方在其半自动地面防空系统（SAGE）中尝试将计算机和通信技术相结合，将远距离的雷达和其他测量控制设备的信息通过通信线路汇集到一台IBM计算机中，进行集中的处理和控制，这可以看成是计算机网络发展的开端。这一时期的网络实际上是以单个计算机为中心的远程联机系统，也称为面向终端的计算机网络。这类系统中除了中心计算机外，其他的终端都不具备自主处理的功能。20世纪60年代初，美国航空公司投入使用的飞机票预定系统（SABRE）就是远程联机系统的一个代表，该系统由一台中心计算机和分布在全美的2000多个终端组成。

20世纪60年代后期，美国国防部高级规划署资助四所大学建立了有4个结点的用于实验目的的计算机网络，该网络被称为ARPA网。ARPA网是多台具有自主处理能力的计算机互联而成，各计算机之间不存在主从关系。ARPA网引入了分组交换的概念，使用了TCP/IP协议体系，为现代计算机网络的发展做出了奠基性的工作，ARPA网中提出的一些概念至今仍在使用。这一阶段网络大多分布在大学和各大研究机构中，有比较浓重的研究色彩，各网络的体系结构各异。比较著名的体系结构有IBM公司的SNA、DEC公司的DNA等等，而每个体系结构都有自己相应的软硬件产品。使用各不相同的网络体系使网络之间互联困难，这也是这一时期的网络体系的主要问题之一。

20世纪70年代后期，随着网络应用的不断普及，网络技术的日益成熟，人们开始认识到需要一个标准化的网络，需要有一个统一的网络体系结构。1984年国际标准组织（ISO）颁布了“开放系统互联参考模型”，也称OSI/RM模型（open system interconnection reference model）。这里的“开放系统”是相对于此前每个厂商有各自封闭的系统而言的，各自封闭的系统使网络体系结构繁杂，一个网络只能和同种计算机互联，而开放系统的目标是使任何遵循该体系结构的系统是相互开放的，以便互联。此后，OSI/RM模型就成为建立网络体系结构的重要参考标准。

ARPA网从20世纪60年代末开始发展，经历了20世纪80年代的NSFNET，奠定了Internet的基础。20世纪90年代，Internet开始商业化，推动了网络应用快速普及，催生了众多类型的网络服务，逐渐形成了今天网络无所不在的局面。

3.认识网络的功能

随着计算机网络技术的不断发展和日益普及，计算机网络的应用已渗透到社会各个领域，其功能也得到不断扩展。归纳起来，计算机网络的功能主要有以下几个方面。

（1）数据通信

计算机网络为我们提供了最快捷、经济的数据传输和信息交换的手段。例如，在一个企业网内部可以非常方便地将一个文件从一台计算机传递到另一台计算机，而通过互联网可以在几秒内将一封电子邮件由中国传送到世界各地。另外，现在普遍使用的银行系统通存通兑业务、民航及铁路的自动售票系统都是依赖于计算机网络所提供的数据通信功能来实现的。

（2）资源共享

构建计算机网络的主要目的是实现资源共享。所谓资源共享是指所有网内用户均能使用网内计算机系统中的全部或部分资源，使网络中的各计算机能够互通有无、分工协作，从而大大提高系统资源的利用率。在计算机网络中，可共享的资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。

1）硬件共享。硬件共享主要指共享网络中的输入/输出设备、存储设备和大型的计算机等资源，如打印机、光驱、硬盘、调制解调器等。通过硬件共享可以避免重复购买各种硬件设备，从而节省经费和便于管理。例如，将网络中打印机共享后，整个网络的所有计算机可以共同使用一台打印机来打印文件，既方便又节省费用。

2）软件共享。计算机网络的软件共享功能可以使我们将软件安装在某一台计算机上，让其他计算机远程调用并使用这个软件，既降低了软件安装和维护的工作量，又方便了用户的使用和管理。

3）数据共享。通过数据共享功能可以使网络用户使用其他计算机的数据。例如，在同一网络中的计算机可以读取和复制另一台计算机的文件。通过互联网，甚至可以共享世界各地的计算机中的文件资源。

（3）提高计算机的可靠性和可用性

在计算机网络中，同一资源可以分布在系统中的多处，一旦系统某部分出现故障，即可从另一部分获得同样资源，从而避免因个别部件或局部故障而导致整个系统失效。这种可靠性对于军事、电力、银行等可靠性要求极高的领域尤为重要。

（4）促进分布式计算与协同工作

利用计算机网络的分布式计算和协同工作的特性，可以将一些大型且复杂的处理任务分散到不同的计算机上，这样既可以使一台计算机负担不会太重，又扩大了单机的功能，从而实现分布式处理和均衡负荷的作用。例如，在开发大型软件时，通常将软件分成若干模块，并由不同人开发各个模块，最后再将不同模块整合到一起来提高软件开发的效率。

4.认识网络的组成

计算机网络的组成元素可以分为两大类，即网络结点和通信链路。网络结点又可分为端节点和转接结点。端结点指信源和信宿结点，如用户主机和用户终端；转接结点指网络通信过程中起控制和转发信息作用的结点，如交换机、集线器、接口信息处理机等。通信链路是指传输信息的信道，可以是电话线、同轴电缆、无线电线路、卫星线路、微波中继线路、光纤缆线等。网络结点通过通信链路连接成的计算机网络，如图1.4所示。

图1.4　通信子网与资源子网

在图1.4中，虚线框外的部分称为资源子网。资源子网包括拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端，它们都是端结点。框内的部分称为通信子网，其任务是在端结点之间传送由信息组成的报文，负责数据通信处理的通信控制处理机与通信线路，主要由转接结点和通信链路组成。接口信息处理机（interface message processor，IMP）是一种专用通信的计算机。

5.网络的分类

（1）按网络所覆盖的地理范围分类

按网络所覆盖的地理范围的不同，计算机网络可分为局域网（local area network，LAN）、城域网（metropolitan area network，MAN）、广域网（wide area network，WAN）3种类型。

1）局域网：在较小的地理范围内由计算机、通信线路和网络连接设备组成的网络。局域网的分布范围可以是一个办公室、一幢大楼或一个园区。它的特点是分布距离近、传输速率高、数据传输可靠等。

2）城域网：在一个城市范围内由计算机、通信线路和网络连接设备组成的网络。城域网覆盖范围介于局域网与广域网之间，一般从数千米至数十千米，如一个城市的银行系统全市联网，实现全市的通存通兑，这样的网络属于城域网。

3）广域网：当网络的地理范围不断扩大，可以把不同城市、不同地区、不同国家的计算机连接起来的时候，也就形成了广域网。在广域网中，连接着数量众多的计算机。我们经常访问的Internet就是一个典型的广域网。

上述3种网络的比较如表1.2所示。(www.xing528.com)

表1.2　广域网、城域网和局域网的比较

（2）按交换方式分类

按交换方式分类，计算机网络可以有电路交换的数据通信网、分组交换网（又称X.25网）、帧中继网、异步传送模式ATM等。

（3）按网络的使对象进行分类

随着网络技术的发展和应用范围的扩展，在Internet等公共信息网得到快速发展的同时，一些专用网络也不断出现并投入了使用。根据使用范围的不同，可以将计算机网络分为公用网和专用网两类。

1）公用网（public network）：是为公众提供各种信息服务的网络系统，如Internet，只要用户能够遵守网络服务商的使用和管理规则，都可以申请使用。许多国家的公用网由政府和私营企业建设和营运，而我国的公用网通常由电信部门负责建设和营运。

2）专用网（private network）：由组织、系统或部门根据实际需要自己投资建立，只为网络拥有者提供服务。例如，军队、公安、铁路、电力等系统均拥有本系统的专用网。

随着技术的发展，公用网和专用网在某些方面开始共存。例如，通过频分复用、时分复用等信道共享技术，可以实现公用网和专用网共享同一条数据链路。

6.认识网络的拓扑结构

拓扑就是把实体抽象成与其大小、形状无关的点，而把连接实体的线路抽象成线，进而以图的形式来表示点与线之间关系的方法。网络拓扑结构就是网络形状，是指计算机网络设备中各个设备相互连接的形式，它反映网络中各实体间的结构关系。网络拓扑结构的类型主要有总线型、星形、环形、树形和网状等，如图1.5所示。

图1.5　计算机网络拓扑结构

（1）总线型拓扑结构

总线型拓扑结构使用一根线缆把所有结点连接起来。这种结构中的所有结点共享一条数据通道，在同一时刻只能允许一个结点发送数据，一个结点发出的信息可以被网络上的多个结点接收。

优点：结构简单灵活，便于扩充，结点增删及位置更改非常方便。

缺点：总线长度受限，总线本身的故障会影响整个系统。

（2）星形拓扑结构

星形拓扑结构有一个中心结点，网络中的每个结点都通过独立的线缆连接到中心结点。中心结点对各结点的通信和信息交换进行集中控制。

优点：当某个结点发生故障时，不会影响整个网络的运行，网络易于扩展和维护。

缺点：可靠性低，中心结点出现故障将导致整个网络瘫痪。

（3）环形拓扑结构

环形拓扑结构网络是网络中各个结点通过点到点的链路，首尾相连形成一个闭合的环。数据沿着环传输，在每个结点处都会停留。

优点：结构简单，容易实现。

缺点：可靠性低，由于环路的封闭性，任何一个结点出现故障都会引起全网的故障，检测故障困难。

（4）树形拓扑结构

树形拓扑结构像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下有分支，每个分支还可再有子分支，信息交换主要在上、下结点之间进行。

优点：易于扩展并且故障隔离较容易。

缺点：各个结点对根的依赖性太大，如果根结点发生故障，则全网不能工作。

（5）网状拓扑结构

网状拓扑结构各结点之间的连接是任意的、无规律的。每个结点至少有一条链路与其他结点相连，两结点间的通信线路不止一条，必须采用路由选择和流量控制方法。

优点：系统采用路由选择算法与流量控制算法，可靠性极高。

缺点：结构复杂、管理难度大，全网状拓扑实现起来费用高。

由此不难看出，每一种拓扑结构都有自己的优点和缺点。随着网络技术的不断发展和新技术的日益成熟，在实际应用中已不再采用单一的网络拓扑结构，而是根据实际需要，将几种结构混合使用，进行综合设计。

7.网络标准化组织的介绍

在计算机网络的发展过程中有许多国际标准化组织做出了重大的贡献，它们统一了网络的标准，使各个网络产品厂家生产的产品可以相互联通。

目前为网络的发展做出贡献的标准化组织主要有美国国家标准协会、国际电子技术委员会、国际电信联盟（ITU，电信界最有影响的组织）、电子工业协会、Internet工程特别任务组IETF（Internet标准界最有影响）、电气和电子工程师协会、国家标准和技术协会、国际标准化组织（国际标准界最有影响的组织）。

任务评价

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