計算機網絡淺析

摘 要:本文主要闡述了計算機網絡的產生與發展歷程，計算機網絡的組成和分類，以及網絡的體系結構，對了解計算機網絡具有一定的借鑒意義。

關鍵詞:計算機網絡 網絡組成 網絡分類 體系結構

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0011-02

過去的三百年中，每一個世紀都會出現一種新的技術并占據時代的主要地位。18世紀伴隨著工業革命而來的是偉大的機械時代;19世紀是蒸汽機時代;20世紀的關鍵技術是信息的獲取、存儲、傳送、處理和利用。

計算機是20世紀人類最偉大的發明之一，它的產生標志著人類開始邁向一個嶄新的信息社會，新的信息產業正以強勁的勢頭迅速崛起。因此，為了提高信息社會的生產力，提供一種全社會的、經濟的、快速的存取信息的手段是十分必要的，這種手段是由計算機網絡來實現的。

1 計算機網絡的組成

計算機網絡是由一系列計算機、終端、節點及連接節點的線路組成。一般情況下，兩臺計算機的連接要經過多臺網絡互連設備，通常采用存儲轉發方式進行信息傳輸。從邏輯上可以將計算機網絡看作由資源子網，通信子網構成的兩級結構的計算機網絡。

(1)資源子網:由主機、終端、連網外設、軟件和信息資源所組成。任務:完成數據處理、提供資源共享、網絡服務。

(2)通信子網:由結點交換機(ns，簡稱節點)、通信線路和通信設備所組成，也稱為分組交換網。任務:完成網絡數據傳輸(ns負責存儲、轉發和路由選擇)。

2 計算機網絡的產生與發展

計算機網絡的發展大體經歷了三個階段。在20世紀60年代初期，出現了多重線路控制器。它可以和多個遠程終端相連接，構成面向終端的計算機通信網。這種最簡單的計算機網絡稱為第一代計算機網絡。

在第一代計算機網絡中，計算機是網絡的控制中心，終端圍繞著中心分布在各處，從而將單一計算機系統的各種資源分散到了每個用戶手中。但這種網絡系統存在著一些缺點:如果計算機的負荷較重，會導致系統響應時間過長;而且單機系統的可靠性一般較低，一旦計算機發生故障，將導致整個網絡系統的癱瘓。

為了克服第一代計算機網絡的缺點，提高網絡的可靠性和可用性，人們開始研究將多臺計算機相互連接的方法。

1969年12月，DARPA的計算機分組交換網ARPANET投入運行，標志著計算機網絡的發展進入了一個新紀元。分組交換網以通信子網為中心，主機和終端都處在網絡的邊緣。主機和終端構成了用戶資源子網。用戶不僅共享通信子網的資源，而且還可共享用戶資源子網的豐富的硬件和軟件資源。這種以通信子網為中心的計算機網絡通常被稱為第二代計算機網絡。

在第二代計算機網絡中，多臺計算機通過通信子網構成一個有機的整體，在這種系統中，即使單機出現故障也不會導致整個網絡系統的全面癱瘓。但是，網絡中相互通信的計算機必須高度協調工作，而這種“協調”是相當復雜的。為了降低網絡設計的復雜性，提出了層次模型。

分層設計方法可以將龐大而復雜的問題轉化為若干較小且易于處理的子問題，使得一個公司所生產的各種機器和網絡設備可以非常容易地被連接起來。

但是，在初期各個公司都各自研究開發自己的網絡體系結構，而它們的網絡體系結構是各不相同的。這種自行發展的網絡，由于在網絡體系結構上差別很大，以至于它們之間互不相容，難于相互連接以構成更大的網絡系統。為了使不同公司之間的網絡能夠互連互通。國際標準化組織(ISO)提出了一個使各種計算機能夠互連的標準框架——開放式系統互連參考模型(OSI/RM)，簡稱OSI。OSI參考模型的出現，意味著計算機網絡發展到第三代。

在OSI參考模型推出后，網絡的發展道路一直走標準化道路，而網絡標準化的最大體現就是Internet的飛速發展，Internet遵循TCP/IP參考模型，由于TCP/IP仍然使用分層模型，因此，Internet仍屬于第三代計算機網絡。

3 計算機網絡的分類

計算機網絡的分類標準很多，比如按拓撲結構、介質訪問方式、交換方式以及數據傳輸率等，但這些分類標準只給出了網絡某一方面的特征，并不能反映網絡技術的本質。事實上，確實存在一種能反映網絡技術本質的網絡劃分標準，那就是計算機網絡的覆蓋范圍。

按網絡覆蓋范圍的大小，我們將計算機網絡分為局域網(LAN)、城域網(MAN)、廣域網(WAN)。網絡覆蓋的地理范圍是網絡分類的一個非常重要的度量參數，因為不同規模的網絡將采用不同的技術，計算機網絡按網絡覆蓋范圍劃分的種類見表1。

(1)局域網

局域網(LAN)是指在幾十米到十幾公里的較小范圍(如辦公樓群或校園)內的計算機相互連接所構成的計算機網絡。計算機局域網被廣泛應用于連接校園、工廠以及機關的個人計算機或工作站，以利于個人計算機或工作站之間共享資源(如打印機)和數據通信。局域網區別于其他網絡主要體現在下面三個方面:

網絡所覆蓋的物理范圍;

網絡所使用的傳輸技術;

網絡的拓撲結構。

局域網中經常使用共享信道，即所有的機器都接在同一條電纜上。傳統局域網具有高數據傳輸率(可達到10Mbit/s或100Mbit/s)、低延遲和低誤碼率的特點。新型局域網的數據傳輸率可達每秒千兆位甚至更高。

(2)城域網

城域網(MAN)所采用的技術基本上與局域網相類似，只是規模上要大一些。城域網既可以覆蓋相距不遠的幾棟辦公樓，也可以覆蓋一個城市。

(3)廣域網

廣域網(WAN)通常跨接很大的物理范圍，如一個國家。廣域網包含很多用來運行用戶應用程序的機器集合，我們通常把這些機器叫做主機，把這些主機連接在一起的是通信子網。通信子網的任務是在主機之間傳送報文。

4 網絡體系結構

現代的計算機網絡是第三代計算機網絡，它是體系結構標準化的計算機網絡。網絡體系結構的基本思想是為了減少計算物網絡設計的復雜性，網絡采用分層設計方法。

所謂分層設計方法，就是按照信息的流動過程將網絡的整體功能分解為一個個的功能層。分層設計方法將整個網絡通信功能劃分為垂直的層次集合后，在通信過程中下層將向上層隱蔽下層的實現細節。但層次的劃分應首先確定層次的集合及每層應完成的任務。劃分時應按邏輯組合功能，并具有足夠的層次，以使每層小到易于處理。同時層次也不能太多，以免產生難以負擔的處理開銷。

本質上，分層模型描述了把通信問題分為幾個小問題(稱為層次)的方法，每個小問題對應子一層。依據分層模型，按功能將計算機網絡劃分為多個不同的功能層。要想讓兩臺計算機同等功能層之間進行通信，必須使它們采用相同的信息交換規則，我們把在計算機網絡中用于規定信息的格式以及如何發送和接收信息的一套規則稱為網絡協議或通信協議。網絡中同等層之間的通信規則就是該層使用的協議，有關第N層的通信規則的集合，就是第N層的協議。而同一機器上的相鄰功能層之間通過接口進行信息傳遞，接口就是同一計算機的不同功能層之間的通信規則。

總的來說，協議是不同機器同等層之間的通信約定，就是計算機網絡同等層次中，通信雙方進行信息交換時必須遵守的規則。它由三個要素組成:即語法、語義、定時關系(同步)。而接口是同一機器相鄰層之間的通信約定。不同的網絡，分層數量、各層的名稱和功能以及協議都各不相同。然而，在所有的網絡中，每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務。層次結構的計算機網絡功能中，最重要的功能是通信功能，這種通信功能主要涉及同一層次中通信雙方的相互作用。位于不同計算機上進行對話的第N層通信各方可分別看成是一種進程，組成不同計算機同等層的進程稱為對等進程。對等進程不一定是相同的程序，但其功能必須完全一致，且采用相同的協議。

計算機網絡體系結構是從功能的角度描述計算機網絡的結構，是網絡中分層模型以及各層功能、各層協議的集合的精確定義。但是它僅僅定義了網絡及其部件通過協議應完成的功能，不定義協議的實現細節和各層協議之間的接口關系。網絡協議實現的細節不屬于網絡體系結構的內容，因為它們隱含在機器內部，對外部說來是不可見的。

參考文獻

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