7.1 计算机网络概述
7.1.1 计算机网络的产生与发展
1. 计算机网络的定义
计算机网络是指将一群具有独立功能的计算机通过通信设备及传输媒体被互联起来，在通信软件的支持下，实现计算机间资源共享、信息交换或协同工作的系统。
计算机网络是计算机技术和通信技术紧密结合的产物，两者的迅速发展及相互渗透，形成了计算机网络技术。
2.计算机网络的发展历程
1954年，美国军方的半自动地面防空系统将远距离的雷达和测控仪器所探测到的信息，通过通信线路汇集到某个基地的一台IBM计算机上进行集中的信息处理，再将处理好的数据通过通信线路送回到各自的终端设备。
这种以单个计算机为中心、面向终端设备的网络结构，严格来讲，是一种联机系统，只是计算机网络的雏形，我们一般称之为第一代计算机网络。
1954年，美国军方的半自动地面防空系统将远距离的雷达和测控仪器所探测到的信息，通过通信线路汇集到某个基地的一台IBM计算机上进行集中的信息处理，再将处理好的数据通过通信线路送回到各自的终端设备。
这种以单个计算机为中心、面向终端设备的网络结构，严格来讲，是一种联机系统，只是计算机网络的雏形，我们一般称之为第一代计算机网络。
第二代计算机网络是以分组交换网为中心的计算机网络，它与第一代计算机网络的区别在于：
一是网络中通信双方都是具有自主处理能力的计算机，而不是终端机；
二是计算机网络功能以资源共享为主，而不是以数据通信为主。
由于ARPA网的成功，到了20世纪70年代，不少公司推出了自己的网络体系结构。最著名的有IBM公司的和DEC公司的DNA（DigitalNetwork Architecture）。
随着社会的发展，需要各种不同体系结构的网络进行互连，但是由于不同体系的网络很难互连，因此，国际标准化组织（ISO）在1977年设立了一个分委员会，专门研究网络通信的体系结构。
1983年，该委员会提出的开放系统互连参考模型（OSI-RM）各层的协议被批准为国际标准，给网络的发展提供了一个可共同遵守的规则，从此计算机网络的发展走上了标准化的道路，因此我们把体系结构标准化的计算机网络称为第三代计算机网络。
进入20世纪90年代，Internet的建立将分散在世界各地的计算机和各种网络连接起来，形成了覆盖世界的大网络。随着信息高速公路计划的提出和实施，Internet迅猛发展起来，它将当今世界带入了以网络为核心的信息时代。 目前这阶段计算机网络发展特点呈现为：高速互连、智能与更广泛的应用。
计算机网络的发展趋势
计算机网络的发展方向是IP 技术+光网络，光网络将会演进为全光网络。
从网络的服务层面上看，将是一个IP的世界，通信网络、计算机网络和有线电视网络将通过IP三网合一；
从传送层面上看，将是一个光的世界；从接入层面上看，将是一个有线和无线的多元化世界。
7.1.2 计算机网络的组成
从物理连接上讲，计算机网络由计算机系统、通信链路和网络节点组成。计算机系统进行各种数据处理，通信链路和网络节点提供通信功能。
计算机系统
计算机网络中的计算机系统主要担负数据处理工作，它可以是具有强大功能的大型计算机，也可以是一台微机，其任务是进行信息的采集、存储和加工处理。
通信链路
通信链路是连接两个节点的通信信道，通信信道包括通信线路和相关的通信设备。
通信线路可以是双绞线、同轴电缆和光纤等有线介质，也可以是微波、红外等无线介质。
相关的通信设备包括中继器、调制解调器等，中继器的作用是将数字信号放大，调制解调器则能进行数字信号和模拟信号的转换，以便将数字信号通过只能传输模拟信号的线路来传输。
网络节点
网络节点主要负责网络中信息的发送、接收和转发。
网络节点是计算机与网络的接口，计算机通过网络节点向其他计算机发送信息，鉴别和接收其他计算机发送来的信息。
在大型网络中，网络节点一般由一台通信处理机或通信控制器来担当，此时的网络节点还具有存储转发和路径选择的功能，在局域网中使用的网络适配器也属于网络节点。
从逻辑功能上看，可以把计算机网络分成通信子网和资源子网两个子网。
通信子网
通信子网提供计算机网络的通信功能，由网络节点和通信链路组成。
通信子网是由节点处理机和通信链路组成的一个独立的数据通信系统。
资源子网
资源子网提供访问网络和处理数据的能力，由主机、终端控制器和终端组成。
主机负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库系统，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务；
终端控制器用于把一组终端连入通信子网，并负责控制终端信息的接收和发送。终端控制器可以不经主机直接和网络节点相连，当然还有一些设备也可以不经主机直接和节点相连，如打印机和大型存储设备等。
7.1.3 计算机网络的功能
¢数据通信
数据通信是计算机网络的基本功能之一，用于实现计算机之间的信息传送。
如在网上收发电子邮件，发布新闻消息，进行电子商务、远程教育、远程医疗，传递文字、图像、声音、视频等信息。
¢资源共享
计算机资源主要是指计算机的硬件、软件和数据资源。
共享硬件资源可以避免贵重硬件设备的重复购置，提高硬件设备的利用率；
共享软件资源可以避免软件开发的重复劳动与大型软件的重复购置，进而实现分布式计算的目标；
共享数据资源可以促进人们相互交流，达到充分利用信息资源的目的。
对于综合性大型科学计算和信息处理问题，可以采用一定的算法，将任务分交给网络中不同的计算机，以达到均衡使用网络资源，实现分布处理的目的。
在计算机网络系统中，可以通过结构化和模块化设计将大的、复杂的任务分别交给几台计算机处理，用多台计算机提供冗余，以使其可靠性大大提高。当某台计算机发生故障，不至于影响整个系统中其他计算机的正常工作，使被损坏的数据和信息能得到恢复。
7.1.4 计算机网络的分类
¢根据网络的覆盖范围划分：局域网、城域网、广域网。
局域网（LAN，Local Area Network），一般用微机通过高速通信线路连接，覆盖范围从几百米到几公里，通常用于覆盖一个房间、一层楼或一座建筑物。局域网传输速率高，可靠性好，适用各种传输介质，建设成本低。
城域网（MAN，Metropolitan Area Network），是在一座城市范围内建立的计算机通信网，通常使用与局域网相似的技术，但对媒介访问控制在实现方法上有所不同，它一般可将同一城市内不同地点的主机、数据库以及LAN等互相连接起来。
广域网（WAN，Wide Area Network），用于连接不同城市之间的LAN或MAN，广域网的通信子网主要采用分组交换技术，常常借用传统的公共传输网（如电话网），这就使广域网的数据传输相对较慢，传输误码率也较高。随着光纤通信网络的建设，广域网的速度将大大提高。广域网可以覆盖一个地区或国家。
因特网（Internet），是覆盖全球的最大的计算机网络，但实际上不是一种具体的网络技术，因特网将世界各地的广域网、局域网等互联起来，形成一个整体，实现全球范围内的数据通信和资源共享。
¢按网络的拓扑结构划分：总线型网络、星形网络、环形网络、树状网络和混合型网络等。
总线型拓扑:
总线型拓扑采用单一信道作为传输介质，所有主机（或站点）通过专门的连接器接到这根称为总线的公共信道上。任何一台主机发送的信息都沿着总线向两个方向扩散，并且总能被总线上的每一台主机所接收。由于其信息是向四周传播的，类似于广播，所以总线网络也被称为广播网。这种拓扑结构的所有的主机都彼此进行了连接，从而可以直接通信。总线型拓扑结构的优点是：结构简单，布线容易，站点扩展灵活方便，可靠性高。缺点是：故障检测和隔离较困难，总线负载能力较低。另外，一旦线缆中出现断路，就会使主机之间造成分离，使整个网段通信中止。
环形拓扑：
环形拓扑是一个包括若干结点和链路的单一封闭环，每个结点只与相邻的两个结点相连。信息沿着环路按同一个方向传输，依次通过每一台主机。各主机识别信息中的目的地址，如与本机地址相符，信息被接收下来。信息环绕一周后由发送主机将其从环上删除。环形结构的优点：容易安装和监控，传输最大延迟时间是固定的，传输控制机制简单，实时性强。缺点：网络中任何一合计算机的故障都会影响整个网络的正常工作，故障检测比较困难，结点增、删不方便。
星形拓扑：
星形拓扑是由各个结点通过专用链路连接到中央结点上而形成的网络结构。在星形拓扑中各结点计算机通过传输线路与中心结点相连，信息从计算机通过中央结点传送到网上的所有计算机。星形网络的特点是很容易在网络中增加新结点，数据的安全性和优先级容易控制。网络中的某一台计算机或者一条线路的故障，将不会影响到整个网络的运行。星形结构的优点：传输速度快，误差小，扩容比较方便，易于管理和维护，故障的检测和隔离也很方便。缺点：中央结点是整个网络的瓶颈，必须具有很高的可靠性。中央结点一旦发生故障，整个网络就会瘫痪。另外，每个结点都要和中央结点相连，需要耗费大量的电缆。实际上大都是采用交换机来构建多级结构的星形网络，形成扩展星形结构。
树形拓扑：
树形结构是从总线型拓扑演变而来的，在树形拓扑中，任何一个结点发送信息后都要传送到根结点，然后从根结点返回到整个网络。这种结构的网络在扩容和容错方面都有很大优势，很容易将错误隔离在小范围内这种网络依赖根结点，如果根结点出了故障，整个网络将会瘫痪。
网状拓扑：
网状结构由结点和连接结点的点到点链路组成，每个结点都有一条或几条链路同其他结点相连。网状结构通常用于广域网中，优点是结点间路径多，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高，而且网络扩充和主机入网比较灵活、简单。但这种网络的结构和协议比较复杂，建网成本高。
¢按传输介质划分：有线网和无线网
有线网采用双绞线、同轴电缆、光纤或电话线作传输介质。采用双绞线和同轴电缆连成的网络经济且安装简便，但传输距离相对较短。以光纤为介质的网络传输距离远，传输率高，抗干扰能力强，安全好用，但成本稍高。
无线网主要以无线电波或红外线为传输介质，联网方式灵活方便，但联网费用稍高，可靠性和安全性还有待改进。另外，还有卫星数据通信网，它是通过卫星进行数据通信的。
¢按网络的使用性质划分：公用网和专用网。
公用网（Public Network），是一种付费网络，属于经营性网络，由商家建造并维护，消费者付费使用。
专用网（Private Network），是某个部门根据本系统的特殊业务需要而建造的网络，这种网络一般不对外提供服务。例如军队、银行、电力等系统的网络就属于专用网。
