计算机网络的应用无处不在，它不仅仅是一种计算机技术，还渐渐成为大多数人的一种生活方式。本章将介绍计算机网络的基础知识，如计算机网络的概念、原理等。

4.1.1 计算机网络简介 

1.什么是计算机网络

计算机网络是指在不同地理位置上，具有独立功能的多个计算机及其外部设备通过通信设备和线路相互连接，在功能完备的网络软件支持下实现资源共享和数据传输的系统。 

2.计算机网络的组成

从系统功能的角度来看，计算机网络主要由资源子网与通信子网两部分组成。

资源子网的主要任务是收集、存储和处理信息，为用户提供资源共享和各种网络服务等。资源子网主要包括：联网的计算机、终端、外部设备、网络协议、网络软件等。

通信子网的主要任务是连接网上的各种计算机，完成数据的传输与交换。通信子网主要包括：通信线路、网络连接设备、网络协议、通信控制软件等。

4.1.2 计算机网络中的数据通信 

1.信号

信号是指数据的电子或电磁编码形式。数据在传输介质或通信路径上以信号的形式传送。信号可分为模拟信号和数字信号。

模拟信号是一种以电或磁的形式模仿其他物理方式（如振动、声音、图像）所产生的信号，它的基本特征是具有连续性。例如，电话信号就是一种模拟信号。

数字信号是在一段固定时间内保持电压（位）值的、离散的电脉冲序列，通常一个脉冲表示一位二进制数。例如，现在计算机内部处理的信号都是数字信号。

2.信道 

信道是指数据通信中发送端和接收端之间的通路。信道可分为物理信道和逻辑信道。

物理信道是指传输数据和信号的物理通路，由传输介质和相关的通信设备组成。根据传输介质的不同，物理信道可分为有线信道（如双绞线、同轴电缆、光缆等）、无线信道和卫星信道；根据信道中传输的信号不同，物理信道又可分为模拟信道和数字信道。

逻辑信道也是一种网络通路，是在物理信道基础上建立的两个节点之间的通信链路。

3.调制与解调 

模拟信道不可以直接传输数字信号。例如，普通电话线是针对互通声音设计的模拟信道，只适用于模拟信号的传输，不可以直接传输数字信号。要在模拟信道上传输数字信号，就要在信道两端分别安装调制解调器（Modem），其具有两种工作顺序相反的功能：调制和解调。 

4.树型拓扑 

数据传输速率（比特率）表示每秒传送二进制数位的数目，简写为bit/s（位/秒）。在数字信号中，通常用数据传输速率表示信道的传输能力，常用单位有bit/s、kbit/s、Mbit/s、Gbit/s、Tbit/s。其中，1kbit/s=1×103bit/s，1Mbit/s=1×106bit/s，1Gbit/s=1×109bit/s，1Tbit/s=1×1012bit/s。

带宽（Band Width）用传送信号的高频率与低频率之差来表示。在模拟信道中，一般采用带宽表示信道的传输能力，常用单位有Hz、kHz、MHz、GHz。

误码率是指在信息传输过程中的出错率，用来衡量通信系统的可靠性。在计算机网络系统中，一般要求误码率低于10－6（百万分之一）。

4.1.3 网络的形成与分类 

1.网络的形成

计算机网络技术自诞生之日起，就以惊人的速度和广泛的应用程度在不断发展。纵观计算机网络的形成与发展历史，大致可以分为4个阶段。

（1）第一阶段是20世纪60年代，面向终端的具有通信功能的单机系统。人们用通信线路将多个终端连接到一台中心计算机上，由该计算机以集中方式处理不同地理位置用户的数据。

（2）第二阶段应该从美国的ARPANET与分组交换技术开始。ARPANET是计算机网络技术发展过程中的里程碑，它使网络中的用户通过本地终端使用网络中其他计算机的软件、硬件与数据资源，达到资源共享的目的。

（3）第三阶段从20世纪70年代起。国际上各种广域网、局域网与公用分组交换网发展十分迅速，各个计算机厂商和研究机构纷纷发展自己的计算机网络系统，随之而来的就是网络体系结构与网络协议的标准化工作。国际标准化组织（International Organization for Standardization,ISO）提出了著名的ISO／OSI参考模型，对网络体系的形成与网络技术的发展起到了重要的作用。

（4）第四阶段从20世纪90年代开始，信息时代全面到来。因特网作为国际性的网际网与大型信息系统，在当今经济、文化、科学研究、教育与社会生活等方面发挥越来越重要的作用。宽带网络技术的发展为社会信息化提供了技术基础，网络安全技术为网络应用提供了重要安全保障。

2.网络的分类 

计算机网络有多种分类方法，不同的分类原则可以定义不同类型的计算机网络。

（1）局域网（Local Area Network，LAN)

局域网又称局部地区网，通信距离通常为几百米到几千米，是目前大多数计算机组网的主要方式。例如，机关网、企业网、校园网均属于局域网。

（2）广域网（Wide Area Network，WAN)

广域网又称远程网，通信距离为几十千米到几千千米，可跨越城市和地区，覆盖全国甚至全世界。广域网常常借用现有的公共传输信道进行计算机之间的信息传递，如电话线、微波、卫星或者它们的组合信道。例如，因特网就是一种广域网。

（3）城域网（Metropolitan Area Network，MAN)

城域网是一种介于局域网与广域网之间的高速网络，通信距离一般为几千米到几十千米，传输速率一般在50Mbit/s左右，使用者多为需要在城市内进行高速通信的较大单位与公司等。

4.1.4 网络拓扑结构 

1.星型拓扑结构

星型拓扑结构是最早的通用网络拓扑结构，如图4-1（a）所示。在星型拓扑结构中，节点通过点到点通信链路与中心节点连接。中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要经过中心节点。星型拓扑结构简单，易于实现，便于管理。但需要注意的是，网络的中心节点是全网可靠性的关键，一旦发生故障就有可能造成全网瘫痪。 

2.环型拓扑结构

如图4-1（b）所示，在环型拓扑结构中，节点通过点到点通信线路循环连接成一个闭合环路。环中数据将沿一个方向逐站传送。环型拓扑结构简单，传输延时确定，但环中点与点的通信线路会成为网络可靠性的“瓶颈”，任何一个节点出现故障都可能造成网络瘫痪。

3.总线型拓扑结构 

如图4-1（c）所示，总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连到传输介质——总线上。任何一个站点发送的信号都可以沿着介质传播，并且能被所有其他站点接收。总线型拓扑结构简单，易于实现和扩展，且可靠性较好。

4.树型拓扑 

如图4-1（d）所示，树型拓扑结构的节点按层次进行连接，像树一样，有分支、根节点、叶子节点等，信息交换主要在上、下节点之间进行，适用于汇集信息的应用要求。

5.网状拓扑 

如图4-1（e）所示，网状拓扑结构没有上述4种拓扑那么明显的规则，节点的连接是任意的，没有规律。网状拓扑系统的可靠性高，但结构复杂。广域网中基本都采用网状拓扑结构。 

4.1.5 网络的硬件设备 

1.局域网的组网设备

●传输介质（Media）：常用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光缆、无线电波等。

●网络接口卡（NIC）：也叫网络适配器（简称网卡），通常安装在计算机的扩展槽上，用于计算机和通信电缆的连接，使计算机之间进行高速数据传输。

●集线器（Hub）：是局域网的基本连接设备。目前市场上的集线器主要有独立式、堆叠式、智能型等类型。

●交换机（Switch）：交换概念的提出是对共享工作模式的改进，共享式局域网在每个时间段上只允许一个节点占用公用的通信信道，而交换机支持端口连接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。

●无线AP（Access Point）：无线AP也称为无线访问点或无线桥接器，任何一台装有无线网卡的主机通过无线AP都可以连接有线局域网络。无线AP不仅提供单纯性的无线接入点，也是无线路由器等设备的统称，兼具路由、网管等功能。单纯性的无线AP就是一个无线交换机，其工作原理是将网络信号通过双绞线传送过来，转换成无线电信号发送出去，形成无线网的覆盖。无线AP按型号的不同具有不同的功率，可以实现不同程度、不同范围的网络覆盖。一般无线AP的最大覆盖距离可达300m。

2.网络互联设备 

●路由器（Router）：负责不同广域网中各局域网之间的地址查找（建立路由）、信息包翻译和交换，实现计算机网络设备与通信设备的连接和信息传递，是实现局域网与广域网互联的主要设备。 

●网桥（Bridge）：网桥用于实现相同类型局域网之间的互联，达到扩大局域网覆盖范围和保证各局域子网安全的目的。

●调制解调器（Modem）：是PC通过电话线接入因特网的必备设备，具有调制和解调两种功能。调制解调器分为外置与内置两种。

4.1.6 网络软件 

4.1.7 无线局域网 

有线网络维护困难且不便于携带，由此便产生了无线网络。早期的无线网络从红

外线技术发展到蓝牙（Bluetooth），可以无线传输数据，多用于系统互联，但却不能组建局域网。相比之下新一代的无线网络不仅能将计算机相连，还可以建立无需布线且使用非常自由的无线局域网WLAN（Wireless LAN）。WLAN中有许多台计算机，每台计算机都有一个无线电调制器和一个天线，通过该天线，与其他系统通信。另外，在室内的墙壁或天花板上也有一个天线，所有机器通过它进行相互通信，如图4-3所示。

在无线局域网中，Wi-Fi（Wireless Fidelity）具有传输速度高、覆盖范围大等优点。针对无线局域网，美国电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics 

Engineers，IEEE）制订了一系列无线局域网标准，即IEEE 802.11家族，包括802.11a、802.11b、802.11g等。802.11现在已经非常普及了。