计算机网络基础知识
计算机是指通过通信线路将位于不同地理位置的多台具有独立功能的计算机及其外部设备连接起来，在网络操作系统、网络管理软件和网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传输的计算机系统。
简单地说，计算机网络是两台以上的计算机通过电缆、电话线或无线通信相互连接的集合。
【资料图】
计算机的发展经历了三个阶段：面向终端的单级计算机网络、计算机对计算机网络和开放的标准化计算机网络。
一般来说，网络是由多台计算机(或其他计算机网络设备)通过传输介质与软件进行物理(或逻辑)连接而组成的。一般来说，计算机网络的构成基本包括：计算机、网络操作系统、传输介质(可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质是看不见的电磁波)和相应的应用软件。
计算机网络的主要功能
计算机功能的主要目的是实现计算机的资源共享、网络通信和集中管理。此外，它还具有负载均衡、分布式处理和提高系统安全性和可靠性的功能。
1.资源共享
(1)硬件资源：包括各类计算机、大容量存储设备、计算机外设，如彩色打印机、静电绘图仪等。
(2)软件资源：包括各种应用软件、工具软件、系统开发的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等。
(3)数据资源：包括数据库文件、数据库、办公文档、企业生产报表等。
(4)信道资源：通信信道可以理解为电信号的传输介质。通信信道共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。
2.网络通信
通信信道可以传输各种类型的信息，包括数据信息和各种多媒体信息，例如图形、图像、声音和视频流。
3.分布式处理
把要处理的任务分配给每台计算机，而不是集中在一台大型计算机上。这样不仅可以降低软件设计的复杂度，还可以大大提高工作效率，降低成本。
4.集权管理
没有联网，每台电脑都是“信息孤岛”。管理这些计算机时，必须对它们进行单独管理。计算机联网后，整个网络的管理可以在一个中心位置实现。如数据库信息检索系统、交通部门订票系统、军事指挥系统等。
5.平衡负载
当网络中一台计算机的任务负荷过重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分配给网络中的其他计算机，由多台计算机共同完成。
计算机网络的特点
1.可靠性
在网络系统中，当一台计算机出现故障时，系统中的另一台计算机可以立即代替它完成任务。同样，当网络的一条链路出现故障时，可以选择其他通信链路进行连接。
2.高效率
计算机网络系统摆脱了中央计算机控制结构中数据传输的限制，信息传输迅速，系统实时性强。网络中相互连接的计算机可以相互传递数据信息，使相距遥远的用户可以即时、快速、高效、直接地交换数据。
3.独立性自立性
网络中连接的计算机是相对独立的，它们之间的关系既相互联系又相互独立。
4.展开性
在计算机网络系统中，人们可以方便灵活地接入新的计算机，从而达到扩展网络系统功能的目的。
5.廉价
网络使微机用户可以共享大型机的功能特点，充分体现了网络系统的“群体”优势，可以节省投资，降低成本。
6.分配
该网络可以将分布在不同地理位置的计算机互联起来，可以对大型复杂的综合性问题实施分布式处理。
7.操作简单
对于计算机网络用户来说，掌握网络使用的技术比主机更简单、更实用。
计算机网络的结构
一个完整的计算机网络系统由网络硬件和网络软件组成。网络硬件是计算机网络系统的物理实现，网络软件是网络系统的技术支撑。它们相互作用，共同完成网络功能。
硬件：一般指网络计算机、传输介质和网络连接设备。
网络软件：一般指网络操作系统、网络通信协议等。
硬件组成
1.主计算机
在一般的局域网中，主机通常被称为服务器，它是一台为客户提供各种服务的计算机。所以有一定的技术要求，尤其是主辅存储容量和处理速度。根据网络中服务器提供的服务不同，可分为文件服务器、打印服务器、通信服务器、域名服务器、数据库服务器等。
2.网络工作站
除了服务器，网络上其余的计算机主要通过执行应用程序来完成工作任务。我们把这种电脑称为网络工作站或网络客户端，是网络数据发生和使用的主要场所。用户主要使用工作站来利用网络资源，完成自己的工作。
3.网络终端
它是用户访问网络的接口。它可以通过主机或通信控制处理器连接到网络。
4.通信处理机
一方面，它作为连接资源子网主机和终端的接口，将主机和终端连接到网络中；另一方面作为通信子网中的包存储和转发节点，完成包的接收、校验、存储和转发功能。
5.通信线路
通信线路(链路)提供通信处理器和通信处理器之间以及通信处理器和主机之间的通信信道。
6.信息转换设备
转换信号，包括调制解调器、无线通信接收器和发射器、光纤通信编解码器等。
软件的组成
在一个计算机网络系统中，除了各种网络硬件设备外，还需要有网络软件。
1.网络操作系统
网络操作系统是网络软件中最重要的软件，用于实现不同主机之间的用户通信，共享整个网络的软硬件资源，为用户使用网络提供统一便捷的网络接口。目前网络操作系统有三大阵营：UNIX、NetWare、Windows。目前国内使用最广泛的网络操作系统是Windows。
2.网络协议软件
网络协议是网络通信的数据传输规范，网络协议软件是用来实现网络协议功能的软件。
目前，典型的网络协议软件有TCP/IP协议、IPX/SPX协议、IEEE802标准协议系列等。其中，TCP/IP是应用最广泛的用于异构网络互联的网络协议软件。
3.网络管理软件
网络管理软件用于管理网络资源和维护网络，如性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理、网络运行状态的监控和统计等。
4.网络通信软件
它是用来实现网络中各种设备之间通信的软件，使用户在不必详细了解通信控制规则的情况下，控制应用程序与多个站进行通信，并处理和管理大量的通信数据。
5.网络应用软件
网络应用软件是为网络用户提供服务的。最重要的特点是它的研究重点不是网络中单个计算机的功能，而是如何实现网络的独特功能。
计算机网络的拓扑结构
我们在组建计算机网络时，要考虑网络的布线方式，这也涉及到网络拓扑的内容。网络拓扑是指网络中计算机电缆和其他组件的物理布局。
局域网常见的拓扑结构有：总线结构、环形结构、星形结构和树形结构。拓扑影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信成本，是决定局域网性能的重要因素之一。
1.总线拓扑
总线拓扑意味着网络上的所有计算机都通过电缆相互连接。
总线上的通信：在总线上，当任何一台计算机发送信息时，其他计算机都必须等待。而且计算机发出的信息会沿着总线传播到两端，这样网络中的所有计算机都会收到这个信息，但是是否收到，要看信息的目的地址和网络主机的地址是否一致。如果一致，就接受。如果没有，则不予受理。
反射和终结器：在一个总线网络中，信号会沿着网线发送到整个网络。当信号到达电缆末端时，会产生反射信号，与后续的信号传输发生冲突，从而中断通信。为了防止通信中断，必须在电缆两端安装终结器，以吸收端点信号并防止信号反弹。
特点：无需插入任何其他连接设备。网络中任何一台计算机发送的信号都沿着一条公共总线传播，并且可以被所有其它计算机接收。有时这种网络结构被称为点对点拓扑。
优点：连接简单，安装方便，成本低。
缺点：数据传输速度慢：共用一根线缆，只有其中一台电脑可以发送信息，其他都可以接收。
维护难度：一旦断网，全网瘫痪，故障点难以查找。
2.星形拓扑：
每个节点通过单独的通信线路连接到中央节点。中心节点控制着整个网络的通信，任何两台计算机之间的通信都必须通过中心节点进行传输。由于一些中心节点是网络的瓶颈，这种拓扑结构也叫集控网络结构，是目前最常用的拓扑结构。位于中心的网络设备的跨越集线器也可以是交换机。
优点：结构简单，维护管理方便，因为当其中一台电脑或头条线缆出现问题时，不会影响其他电脑的正常通信，维护容易。
缺点：通信线路专用，线缆成本高；中心节点是整个网络的可靠瓶颈，中心节点失效会导致网络瘫痪。
3.环形拓扑：
环形拓扑是连接所有设备的共享环形通道，称为令牌环。在环形拓扑中，信号将沿着环形通道在一个方向上传播，并通过每台计算机。而且，每台电脑都会把信号放大，发送给下一台电脑。同时，网络中还有一种特殊的信号叫做令牌。令牌按顺时针方向传输。当计算机想要发送信息时，它必须在发送信息之前捕获令牌。发送消息后释放令牌。
环状结构有两种，即单环结构和双环结构。令牌环是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口是双环结构的典型代表。
环形结构的显著特点是每个节点用户与两个相邻的节点用户相连。
优点：电缆长度短：环形拓扑网络所需电缆长度与总线拓扑网络相似，但比星型拓扑短得多。
添加或减少工作站时，只需连接它们即可。可以使用光纤；它的传输速度很高，非常适合一环拓扑中的单向传输。信息传输的时间是固定的，便于实时控制。
缺点：节点太多会影响传输效率。如果环在某个地方断了，整个系统都会失效，节点的加入和退出过程会很复杂。
故障检测困难：由于不是集中控制，故障检测需要在网络的各个节点进行，所以不容易检测到故障。
4.树形布局
树形结构是星型结构的扩展，由根节点和分支节点组成，如图所示。
优点：结构简单，成本低。节点扩展方便灵活。
缺点：高度依赖根节点，一旦根节点失效，整个网络都无法工作；电缆的成本很高。
5.网状结构和混合结构。
网状结构是指将网络节点和通信线路连接成不规则形状，每个节点至少连接两个其他节点，或者每个节点至少有两个链路连接其他节点，如图(a)所示。大型互联网一般采用这种结构。比如CERNET(b)，中国的教育科研网，互联网的骨干网都是采用网状结构。
(a)网状拓扑结构(b) CERNET主干拓扑结构
优点：可靠性高；因为路径多，可以选择最佳路径，减少时延，改善流量分配，提高网络性能，但是路径选择比较复杂。
缺点：结构复杂，管理维护困难；线路成本高；适用于大型广域网。
混合结构是上述拓扑的混合，如令牌环网和FDDI网络中常用的环星形结构。如总线型和星型的混合结构。
计算机的分类
由于计算机网络本身的特点，有很多种分类方法。根据不同的分类原则，可以得到不同类型的计算机网络。
按覆盖范围分类
根据网络覆盖的地理区域不同，计算机网络可分为局域网、城域网和广域网。
1.局域网
局域网是在一个小的地理区域内连接计算机或数据终端的通信网络。LAN覆盖的地理区域比较小，一般在几十米到几千米。它通常用于建立办公室、大楼、建筑群、校园或企业的计算机网络。局域网主要用于实现短距离的资源共享。图中显示了由多台计算机和打印机组成的典型LAN。局域网的特点是分布距离近，传输速率高，数据传输可靠。
2.城域网(WAN)
城域网是一种大型局域网，其覆盖范围介于局域网和广域网之间，通常为几公里到几公里。
城域网(MAN)覆盖一个城市。它将位于一个城市不同地方的多个计算机局域网连接起来，实现资源共享。城域网对通信设备和网络设备的功能要求高于局域网，以有效覆盖整个城市的地理范围。一般在大城市，MAN可以把很多学校、企事业单位、公司、医院的局域网连接起来，实现资源共享。图中显示了由不同建筑中的局域网组成的城域网。
3.广域网(WAN)
WAN是一种在广阔的地理区域内传输数据、语音和图像信息的计算机网络。由于长距离数据传输的带宽有限，广域网的数据传输速率比局域网慢得多。广域网可以覆盖一个城市、一个国家甚至全世界。互联网是一种广域网，但不是一个特定的独立网络。它连接相同或不同类型的物理网络(局域网、广域网和城域网)，并通过高层协议实现。
不同网络之间的通信。图中显示了一个简单的WAN。
根据计算机在网络中所处位置的不同，计算机网络可以分为对等网络和基于客服机和服务器模式的网络。
对等网络：对等网络中，所有计算机地位平等，没有专用服务器。每台计算机既是服务器又是客户端；也就是给别人提供服务，从别人那里得到服务。由于对等网络中没有专用的服务器，所以在管理对等网络时，只能单独管理，而不能统一管理，不方便管理。对等网络一般用于计算机少、安全性低的小型局域网。
基于客户机/服务器模式的网络：在这个网络中，有两个角色的计算机，一个是服务器，一个是客服机。
服务器：服务器一方面负责保存网络的配置信息，另一方面也负责为客户端提供各种服务。由于整个网络的关键配置都存储在服务器中，管理员只需修改服务器的配置就可以管理整个网络。同时，当客户端需要获得某项服务时，会向服务器发送请求，服务器收到请求后，会向客户端提供相应的服务。服务器有很多种，如邮件服务器、Web服务器、目录服务器等。不同的服务器可以为客户提供不同的服务。我们在搭建网络的时候，一般会选择一台配置良好的电脑，在上面安装相关的服务，就变成了服务器。
客户端：主要用于向服务器发送请求，获取相关服务。例如，客户端从打印服务器请求打印服务，从网络服务器请求网页，等等。
按传播方式分类
根据传输方式的不同，计算机网络可以分为“广播网络”和“点对点网络”两大类。
1.广播网
广播网络是指网络中的计算机或设备使用共享的通信介质进行数据传输，网络中的所有节点都可以接收任何节点发送的数据信息。广播网络的基本连接如图所示。
目前，广播网络中有三种传输模式：
单播：数据以一对一的方式发送到网络中的所有目的节点。
组播：数据以一对一的组传输的形式发送给网络中的某一组主机。
广播：采用一对多的传输方式向网络中的所有目的节点发送数据。
2.点对点网络
-点对点网络是指两个节点之间的点对点通信。如果两台计算机之间没有直接连接，它们之间的数据包传输将由中间节点接收、存储和转发，直到目的节点。
广域网主要采用点对点传播，常用的拓扑结构有：星形、环形、树形、网状。
按传输介质分类
1.有线网络
双绞线：具有经济、安装方便、传输速率平均、抗干扰能力强等特点，广泛应用于局域网。
同轴电缆：俗称细电缆，正逐渐被淘汰。
光缆：传输距离远、传输效率高、抗干扰能力强，是高安全性网络的理想选择。
2.无线网络
(1)无线电话网：是一种很有前途的组网方式。
语音播报网：便宜好用，但是安全性差。
无线电视网络：普及率高，但无法在一个频道上与用户实时互动。
微波通信网络：通信保密性和安全性好。
5]卫星通信网：可以进行远距离通信，但价格昂贵。
按传输技术分类
计算机数据通过各种通信技术传输。根据网络传输技术的分类，计算机网络可以分为以下五种类型：
普通电信网：普通电话线网、综合数字电话网和综合业务数字网。
数字网络：主要利用数字信道提供的永久或半永久电路传输数据信号的数字传输网络。
虚拟专用网：是指基于DDN的智能特性，客户使用DDN的部分网络资源形成的虚拟网络。
扩频微波通信网：是电视传输、企业内部网和互联网接入的一种方式，在移动通信中非常重要。
卫星通信网：是近几年发展起来的。
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