计算机网络概述(2)

的3S（GPS——全球定位系统、GIS——地理信息系统、RS——遥感系统），电子商务系统、网上电子购物系统，电子数据交换（EDI），计算机辅助设计/计算机辅助制造／计算机辅助工程（CAD／CAM／CAE），虚拟现实（VirtualReality）应用系统，网络银行，网络证券交易，决策支持系统（DSS），计算机支持协同工作（CSCW），计算机辅助教育（CAI），远程教育或培训，网络大学，远程控制、测试、诊断、维护和维修，分布式联合设计，异地专家咨询，远程医疗，远程销售或交易（Telemarketing），多媒体桌面会议（MultimediaDesktopConference），分布式计算，移动计算以及高速并行计算应用环境等。

2．2计算机网络的组成 1．网络硬件 ●工作站

用户访问和管理网络资源与服务的计算机设备。 ●服务器

集中管理网络资源和提供网络服务。 ●网络通信设备

控制和实现网络信息的正确传输，主要包括网卡（NetworkInterfaceCard）或适配器（Adapter）、调制解调器（Modem）、连接器、收发器、终端匹配器、集线器（Hub）、交换机或路由交换机、中继器、网桥、路由器、网关等。

●通信介质

实现携带网络信息的电磁或光信号的传输。

●在Internet／Intranet环境下，网络硬件还应包括防火墙等网络管理与网络安全设备。

2．网络软件与网络协议

●集中管理与提供网络资源、网络应用、网络服务、网络安全。

●网络管理软件：网络用户管理与网络接入认证软件，网络设备及网络运行状态的监控、审计、计费软件，防火墙、入侵检测等网络安全软件

●通信控制软件主要指交换与路由软件，为各通信实体之间选择、建立和维护信息传输所经由的路径。

●网络应用软件主要为网络用户提供各种网络服务，可以分为两类：

由网络软件厂商开发的通用应用软件及工具软件，如电子邮件系统、Web服务器及相应的浏览搜索工具等。

依赖于不同用户业务的专用软件，如基于网络的金融系统、电子商务、电信管理、制造厂商的分布式控制与管理等。

●网络协议是通过网络进行信息交换时共同遵守的规则、标准或约定。

数据库服务器文 件E-mailWeb域 名服务器服务器服务器服务器InternetFR/DDN防火墙路由器主交换机二级交换机网管工作站

图1.1计算机网络的基本组成 2．3计算机网络的结构 1． 计算机网络的逻辑结构

计算机网络的基本功能可以分成数据处理与数据通信两大部分，因此计算机网络可以从逻辑功能上分成资源子网与通信子网两个部分，如图1.2。

资源子网通信子网通信控制处理机（CCP）主机（Host） 图1.2计算机网络的逻辑结构

●通信子网——通信控制处理机（CCP）、通信介质与通信控制软件的集合，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。通信控制处理机在ARPANET中称为接口信息处理机IMP，主要包括数据交换机、路由器等通信控制设备。

●资源子网——通过通信子网互连的主机（Host）、网络操作系统、网络管理软件和网络应用软件、网络资源的集合。

●将计算机网络分离成功能相对独立的通信子网与资源子网两部分，就使得计算机网络的结构从以主机为核心的、面向终端的系统，演变成以通信子网为核心的现代计算机网络系统。其主要优点是，使通信子网与资源子网可以单独规划管理，简化了整个网络的设计与运行，并且有利于各子网相关技术的发展。

●公用数据网PDN（PublicDataNetwork）：

在近距离的局部范围内，一个单位可同时拥有通信子网和资源子网。 广域通信子网一般由政府部门或某电信经营公司拥有并向社会公众开放服务，需要远程连网的单位要提出申请并支付一定的费用，才可以接入该通信子网，使用其服务来实现特定资源子网的数据通信任务。这类通信子网传输的是数字化的数据，称作公用数据网PDN（PublicDataNetwork）。

2． 计算机网络的拓扑结构

●对网络中各节点与链路的布局及其互连形式的抽象描述，它反映了网络结构的某些本质特征。

●为了将复杂的网络结构设计问题予以简化，人们使用拓扑学的概念与方法，引入了网络拓扑的概念。如果将通信子网中的CCP定义为通信节点，CCP及其直接连接的资源子网设备的集合定义为网络节点，这些节点都用圆点表示；连接任意两个节点的通信介质及其控制机制的集合称为链路，用连线表示。于是，复杂的网络结构就可以用简单的点和线抽象成拓扑结构图来描述，如图1.2中的通信子网部分，就是采用网络拓扑的方法描述其结构的。网络拓扑主要用于通信子网的结构设计和性能分析。通信子网的拓扑结构有很多种，基本的有星形、总线、环形、树形和网格结构等。

3． 计算机网络的体系结构

计算机网络的层次结构模型及其各层协议的集合。 2．4基本的网络拓扑结构

基本的网络拓扑结构包括星形、总线、环形、树形和网格结构，如图1.3所示。其中，局域网采用前四种结构，广域网则通常采用网格结构和星形结构。

（a）星形结构（b）总线结构（c）环形结构

（d）树形结构（e）网格结构 图1.3常用的网络拓扑结构 （1）节点接入通信介质的方式

多点接入方式：所有的节点（多于两个）共同连接到一条共享的通信介质上，其信号为广播式传送，如总线结构。

点到点接入方式：每条通信链路只端接一对节点，称为点—点链路，采用这种接入方式的基本拓扑构型有星、环、树与网格结构，其信号是在逐个节点之间以接力方式传送的。

（2）星形结构

技术特征：存在着一个中心节点，其余节点通过独享的点—点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通过中心节点。

主要优点：结构和控制简单、易于实现；局部可靠性好，单一连接或非中心节点的故障不影响全局；故障检测与处理方便；适用结构化智能布线系统和光纤。

主要缺点：要使用较多的通信介质；系统扩容不太方便；直接通信距离较短；中心

节点是系统可靠性的瓶颈，其故障将导致整个系统失效。 （3）总线结构

技术特征：在总线结构中，所有节点共同连接到一条通信介质上，不存在中

心节点。同一时刻只允许一个节点发送信号，并以广播方式到达所有其它的节点。

主要优点：结构简单、易于实现；使用介质少，布线容易；介质利用率高；节点可靠性好，单一节点的故障不影响全局；系统扩容方便。

主要缺点：故障诊断与处理比较困难；介质可靠性差，通信介质的故障将导致整个系统失效；直接通信距离较短；不适于光纤介质。

（4）环型结构

技术特征：所有节点分别通过点—点链路连接成闭合环路，环中的数据沿一个方向（顺时针或逆时针）逐站传送。

主要优点：结构简单、易于实现；传输时延确定；使用介质少，并且适用光纤；通信距离可以比较长。

主要缺点：可靠性差，任一节点与通信链路的故障都将导致系统失效；故障诊断与处理比较困难；控制、维护和扩容比较复杂。

（5）树形结构

a）在实际构建一个较大型的本地网时，往往采用多级星形网络，将它们按层次方式连接即形成树形结构的网络。图1.1所示的网络就是一个由两级星形网组成的树形网。采用这种结构的主要原因，一是可以扩展网络覆盖的地理范围；其次，在系统的不同层次，可以根据需要灵活地选用不同性能的实现技术，如主干网和二级网可以分别选用100M以太网和10M以太网实现，从而提高系统的性能价格比；第三，可以使系统具有较好的可扩充性。

b）树形结构的另一种应用是基于同轴电缆和宽带传输技术的网络。这种网络的顶端和分支点处，使用的是转发器，它们只对信号进行转发。其本质特征相当于总线结构，但在可扩展性和故障检测、隔离方面优于总线结构。

（6）网格结构

技术特征：又称作无规则结构。在网格结构中，节点之间根据需求使用点—点链路连接。由于哪些节点之间需要建立直接的连接，是综合多种因素（通信流量、性能、成本等需求）确定的，因此一般为不规则结构。当系统中的所有节点两两之间都使用点—点链路直接连接时，就构成了全互连结构。这种结构的可靠性最高，但成本也最高。

主要优点：系统可靠性和资源使用效率高，可扩充性好；系统配置灵活，不