计 算 机 网 络 Computer Networks

全书内 容 提 要 全书共分为4篇，分别从4个角度观察计算机网络 第1篇是在一个平面上观察计算机网络，分别介绍计算机网络的两个基本元素——链路和节点上的基本通信技术； 第2篇是从立面上观察计算机网络，介绍主要几种计算机网络的体系结构； 第3篇是从计算机网络工作时通信双方的关系上观察计算机网络的工作原理； 第4篇是从实现的角度观察计算机网络的工作原理。

第1篇 计算机网络组成 计算机网络是一个复杂的系统。但是，从其托盘结构看，它的组成元素只有三种：两种硬元素——链路和节点，一种软元素——协议。计算机网络中的通信分别发生在链路和节点上，协议则给出了这些通信的规则。本篇从网络的拓扑结果出发，介绍在链路和节点上发生的通信过程，使学习者对计算机网络中的通信原理有一个基本的了解

本篇主要内容有： 计算机网络的基本概念、分类及基本元素（第1章） 链路上的通信技术（第2章） 节点上的通信技术（第3章）

第一章 计算机网络概述 本章从以下两个方面进行阐述： 1.1 计算机网络及其分类 1.2 计算机网络元素

1.1.1 计算机网络及其功能 计算机网络：用通讯线路将分散在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统相互联接,并按网络协议进行数据通讯和实现资源共享的计算机集合,称为计算机网络。 由定义可知： (1) 计算机网络是 “ 通信技术 ” 与 “ 计算机技术 ” 的结合产物 (2) 数据通讯是基础，资源交换为目的 首先我们来了解计算机网络的定义.

通 信 计 算 机 计算机网络

计算机网络的发展 发展过程： 单机系统 多机系统 计算机通信网 计算机网络 互联网 ① ② ③ ④ ⑤

计算机网络的层次 组成 : 通信子网 资源子网 1、通信子网 (1) 功能：完成网络的通信 数据的存储转发 组成 : 通信子网 资源子网 1、通信子网 (1) 功能：完成网络的通信 数据的存储转发 具体的有：差错控制；流量控制；路由选择；网络安全；流量计费。 (2) 构成：网络节点 + 通信线路 2. 资源子网 (1) 功能：提供网络资源共享，处理数据能力 (2) 构成：主机系统 ( 硬件 + 软件 )

计算机网络功能 通信，即在计算机之间传送数据。 资源共享，即实现计算机硬件资源、软件资源和信息资源的异地互用 。 提高计算机系统的可靠性。在计算机网络中各台计算机间可以互为后备，从而提高了计算机系统的可靠性 要了解计算机网络的发展，我们必须从计算机技术的发展入手，因为网络的发展是随着计算机的发展而逐步发展的。计算机技术的发展大致分为四个阶段，每个阶段因为其应用的范围和使用的技术对网络产生了不同的要求，自然形成了不同的网络结构。 批处理时就是一台单一的计算机，所有的操作必须现场在计算机上完成。 分时技术是一台计算机带有很多的终端，可以多个用户同时使用一台计算机，这自然要求用网络把终端和计算机连接起来。严格说来这还不能算是计算机网络，只能称为联机系统. 第三个阶段PC互连起来同时可以共享服务器的资源。现代计算机网络阶段，特征是网络体系结构的形成和网络协议的标准化。全网统一的通信规则，用通信协议软件来实现网络内部及网络与网络之间的通信，通过网络操作系统，对网络资源进行管理，极大的简化了用户的使用，使计算机网络对用户提供透明服务 。 第四个阶段NOTEBOOK开始流行，同时多处理器技术的革新也促进了高端服务器的发展。

通信网络分类 电话网 用户前端设备 传送设备 交换设备 有线电视网络 前端机房设备 传输设备 用户端 卫星通信网络 上行 下行 同步定点卫星 电话网 用户前端设备 传送设备 交换设备 有线电视网络 前端机房设备 传输设备 用户端 卫星通信网络　　上行　下行　同步定点卫星 移动通信网络 GSM网络，CDMA网络 上面我们讲述了网络发展的几个阶段，其实目前实际上通信网络按照其通信的方式以及功能分成以下几类。 电话网的前端设备电话机\用户交换机\MODEM,传送设备分本地回路和干线，交换设备分本地交换和中继交换。 有线电视网络目前多使用HFC　hybrid fiber coax网络，且逐步开始双向传输系统，同时可以作为计算机网络的传输媒介，合肥目前在多个小区开通使用。 三颗同步卫星可以覆盖全球．目前中、低轨道通信卫星也得到了广泛的应用。美国２４颗卫星的ＧＰＳ定位系统，俄罗斯ＧＬＯＮＡＳＳ系统． 比较典型的移动通信网络有GSM网络，CDMA网络。 计算机网络 多种方式传输多种信息

1.1.2 计算机网络的分类 计算机网络可以按以下几种方式分类： 按拓扑结构分类 按覆盖地域分类 按照网络中主机的台数分类 其他分类方法

按拓扑结构分类 链路型网络（点到点到结构） 广播型网络 计算机作为节点，连接计算机的通信线路作为链路，形 成计算机地理分布和互连关系上的几何排序（几何构形）。 按照网络中一链路所能连接的计算机的台数，可以把计 算机网络归结为两大类： 链路型网络（点到点到结构） 广播型网络

链路型网络（点到点到结构） 在点到点的结构中，一条链路只能连接两个节点。这样，两点之间要么直接通信，要么必须通过中间节点转发。 星型网络 树型网络 环型网络 格状网络 全连接网络

星型网络 星型结构是一种以中央节 点为中心，把若干外围节 点连接起来的辐射式互连 结构，中央节点实施对全 网的控制，并分别通过单 独的链路与各个外围节点相连接。其拓扑特点是，中央节点与多条链路连接，其余节点只与一条链路连接。 外围节点 线缆 中央节点

树型网络 树型结构由星型结构衍变 而来。它实际上是多个星 型结构的级连组合。树型 结构的特点是网络中有多 个中心节点 。其拓扑特点 是，多个中心节点与多条 链路连接，其余节点（末端 节点）只与一条链路连接。 A B C D L H K E J M I F G

环型网络 环型结构是把所有节点 连接成环形。其拓扑特 点是，每一个节点都与 两条链路连接。在这种 结构中，任意两点之间 形成两条路径，当某一 链路故障时，还可以通 过另一条路径进行通信。

格状网络 格状结构是是所有节点具 有两个或两个以上直接通 路的拓扑结构。这种结构 也称网状结构 。

全连接网络 全互连结构是是所有节点 之间都直接通路的拓扑结 构。这种结构也称网状结 构，具有较高的可靠性， 但网络结构复杂，链路多， 投资大。

广播型网络 总线型网络 环型总线网络 无约束型网络 广播型网络特点 广播型网络的特点是，通信线路为多个节点共享。这样,一个节点发送的信息, 可以传输到其他所有的节点；而当有两个以上节点同时发送信息时，便会引起冲 突。总线型结构是一种应用最普遍的广播型网络拓扑结构。 总线型网络 环型总线网络 无约束型网络 广播型网络特点

广播型网络特点 节点的插入或拆卸方便，易于扩充 。 不需要中央控制器，有利于分布式控制，某个节点发生故障时，对整个系统影响很小，网络的可靠性高 。 总线自身的故障对系统是毁灭性的，因而要求较高的安装质量。 网络的总线首尾相连成闭合的环路，这种总线型结构称为环型总线结构 。 卫星通讯和微波通讯采用电磁波传输信息。这种结构属无约束型或称任意型的广播式传输结构

按覆盖地域分类 微微网 ：是由采用蓝牙技术的设备以特定方式组成的网络，这种网络的建立是从两台设备（如笔记本电脑和移动电话）的连接开始，最多8台设备。 个人局域网PAN ：是近年来随着各种短距离无线电技术的发展而提出的一个新概念，一般覆盖距离为100m以内。 局部地域网LAN ：指通信距离通常在中等规模的地理区域内（一般在10km范围内）的网络，它能借助于具有中高速数据传输率的物理通信信道实现可靠通信。 城域网MAN：指地理覆盖范围大约为一个城市的网络，其通信距离一般在5~50km之内。 广域网WAN又称远程网，一般指跨地区甚至延伸到整个国家和全世界的网络。

按照网络中主机的台数分类 这是Internet中的分类方法，它按主机台数将网络分为A、B、C三类：

其他分类方法 按使用权限分类 。 按公司的命名分类。 按操作系统及其版本分类。 按所用技术分类 。 按使用的介质分类。 按业务范围分类 。

按网络的使用范围划分 公用网 中国公用计算机互联网(CHINANET) 专用网 人民银行的网络 中国教育和科研计算机网

按计算机间的关系划分 集中式网络 分布式网络

1.2 计算机网络元素 这一节介绍节点、链路和协议的基本概念。 1.2.1 网络节点 1.2.2 传输链路 1.2.3 协议

1.2.1 网络节点 在复杂的网络中进行数据传输，从源节点往往要经 过多个中间节点才能传送到目的节点。中间节点大 致有4种： 端节点 中继节点 交换节点 路由节点

端节点 数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）为具有一定数据处理能力的发送、接收设备，如计算机或各种终端设备 数据通信设备DCE（Data Communication Equipment）为通信接口设备，在DTE与通信网之间提供信号变换及编码功能，并负责建立、维护和释放物理连接，如波形变换器、基带传输器、调制解调器等。 DCE DTE — 接口 通信网 …

中继节点 中继器（repeater）用于同类网络介质之间的互联，起到信号再生、放大作用。中继有一通一的中继和一通多的中继。 再生前 再生后 中继器的工作原理-14

交换节点 一个通信过程往往会经过多条链路之间的转接才能实现。转接由交换（switching）节点实现。交换节点的功能是将一条链路上送来的数据有选择地转送到另外的一条链路上。 A B C D 通过交换节点连接的通信

路由节点 路由节点是一种特殊的节点。它位于网络之间，起连接网 络的功能，属于所连接的网络共有。路由器的网络连接功 能主要体现在它能为到达的数据选择到达目的节点的路由。这就是路由节点称为路由器（router）的原因。 网络 B 网络 网络 网络 R1 R2 C E A R3 网络 D 用路由节点连接网络

1.2.2 传输链路 传输链路是网络中连接两个节点的直接信息通路,简称链路(link)。 链路可能是物理的，也可能是逻辑的。采用多路复用技术可以把一条物理链路上分成多条逻辑链路。它们的基本传播途径有两种： 有线传输——在有限空间内传输 无线传输——在自由空间中传输

1.2.2 传输链路 性能 < 1G < 100M < 300M < 300G 0.3~300G 500M 双绞线 同轴电缆 （基带） （宽带） 光纤 地面微波 卫星 带宽（Hz） < 1G < 100M < 300M < 300G 0.3~300G 500M 距离（km） < 0.3 <2.5 < 100 100 40~50 不受限制 抗强电干扰性 较差 高 极高 差 安装难易程度 易 中 较难 布局多样性 好 较好 保密性 一般 极好 经济性 低 较低 较高 时延 小 大

1.2.3 协议 1. 协议及其内涵 协议存在于任何通信过程中，它包含了所传输信息的格式（语 语法 语法是关于信息格式的规定。 法）、语义和定时（传输顺序）三个方面的约束: 语法 语法是关于信息格式的规定。 语义 语义用来规定命令和应答的含义。 定时 定时用于规定命令、应答和状态变化的顺序和时 间要求。

在计算机网络中，协议的目的是确保通信过程顺利、 安全、可靠地进行，因此它的基本功能有以下几点： 2. 协议的基本功能 在计算机网络中，协议的目的是确保通信过程顺利、 安全、可靠地进行，因此它的基本功能有以下几点： 分割与组装 规定格式和特性 传输服务 传输控制

网络协议通常是由网卡和网络操作系统共同实现 3. 协议的实现——网卡和网络操作系统 网络协议通常是由网卡和网络操作系统共同实现 的。 网络操作系统 网卡

网络操作系统 网络操作系统（NOS， Network Operating System） 是网络用户与通信网络之间的接口。最早的网络操 作系统仅仅用于网络上的文件管理，随着计算机网 络的发展，网络操作系统的功能不断丰富和完善， 为网上用户提供了便利的操作和管理平台。目前市 场上的几种主要NOS为：LINUX、UNIX和Microsoft 公司的Windows XP等。

网卡 网卡的速度 网卡的总线类型 网卡的接口 网卡的驱动程序 网络接口卡（NIC Network Interface Cord）简称网卡，又称网络 适配器，是安装在计算机扩展槽中连接计算机与网络的常用设备， 是网络设备（如工作站、服务器等）与网络的通信介质进行连接服 务的电路板。网卡的选择应注意以下几个方面： 网卡的速度 网卡的总线类型 网卡的接口 网卡的驱动程序