計算機網絡技術及在實踐中的應用

摘 要：計算機網絡是現代信息傳輸的主要方式之一，其構建與實現應用到了多種技術。本文首先對計算機網絡進行了簡要的介紹，然后分別就計算機組網技術、計算機網絡數據交換技術以及計算機網絡虛擬專用網絡技術等進行了重點研究，最后對這些技術在計算機網絡中的應用進行了分析。

關鍵詞：計算機網絡；組網；數據交換；虛擬專用網

計算機網絡是由大量的網絡接入終端以及網絡連接節點組成的，數據可通過計算機網絡實現便捷高效的共享和傳輸。就覆蓋范圍對計算機網絡進行分類可將其分為局域網、城域網與廣域網三類。無論哪種網絡都是按照標準的體系結構進行部署的，為降低網絡部署的復雜性，提升網絡應用的靈活性，現代計算機網絡均采用分層的方法設計實現，每一層負責某一具體的功能實現，不同終端之間的同層信息都按照統一的通信協議進行數據交換。故應用于計算機網絡中的技術大致可以分為拓撲結構類、體系結構類以及通信協議類等。

1 計算機網絡的拓撲結構

計算機網絡無論其規模是大還是小，通常都是以局域網為基本單位的。計算機終端在構成局域網時需要按照一定的拓撲結構進行連接。目前局域網組網的拓撲結構主要有三種，分別為總線型、環型以及星型。

總線型拓撲結構使用一條主數據電纜進行數據發送與接收，網絡中的所有終端都通過一個端點與數據總線相連，這種拓撲結構下的局域網設有一個起始點與一個終止點，網絡內終端之間的通信都是通過數據總線完成的。這種拓撲結構具有結構簡單、應用便捷等特點。但是缺點也非常明顯：由于所有終端共用一根數據總線進行通信，故一次僅允許一個終端進行通信，網絡利用率非常低。

環型拓撲結構將各節點串聯成一個閉合的回路，數據在局域網中進行傳輸是按照規定的方向進行單向傳輸。這種拓撲結構下的局域網中不存在邏輯起點與終點，且終端間的數據傳輸不受其他終端的影響，具有結構簡單易于管理等優點。但是這種拓撲結構需要在結點位置添加中繼器以保證信號能夠傳輸到接收端，且一旦網絡中的結點過多時傳輸效率會急劇下降。

星型拓撲結構中各結點與中央集線器相連。終端間的數據通信經由中央集線器路由實現。其組網實現簡單便捷，相較于前兩種組網結構而言，數據傳輸效率更高。

為實現最佳通信，現代計算機網絡通常使用多種拓撲結構進行混合組網。最為常用的是總線與星型混用的組網結構。該結構下數據總線負責邏輯通信，星型輻射電纜負責物理布局。

2 計算機網絡中的數據交換技術

數據交換技術可有效增加用戶的通信帶寬，允許計算機網絡中的多組終端之間進行并行通信而不發生信息碰撞。目前應用最為廣泛的數據交換設備為交換機或交換式集線器，其不僅能夠提供存儲轉發等功能還能夠為計算機網絡提供諸如直通等橋接技術。

橋接交換機在進行數據交換時首先會對所需傳輸數據中幀中特定位置的數據進行檢測，以確認數據的源地址與目標地址，然后將其與交換機內的動態地址表進行對比，將其發送到目標地址端口實現數據的交換傳輸。這種數據交換方式下的節點終端可以獨享對應交換機端口的通信帶寬，因而可以達到非常高的數據傳輸速率。

直通方式是另外一種數據交換方式，這種數據交換方式直接在輸入端口與輸出端口之間建立通信鏈路，利用該鏈路進行數據通信，因而相較于橋接的通信方式而言，其數據交換速度更快，延時更小，在計算機網絡規模較小時可以使用。需要說明的是，這種通信方式要求通信雙方具有相同的數據傳輸速率。

3 虛擬專用網技術

虛擬專用網技術使用隧道協議將需要傳輸的數據進行重新封裝，在重新封裝的數據包的包頭添加路由信息，之后根據該路由信息將數據通過隧道路由到目的端點進行解封，進而實現網絡中的端與端通信。

虛擬專用網中所使用的協議成為隧道協議。該協議根據隧道建立的層次不同分為第二層隧道協議與第三層隧道協議兩種。前者規定隧道建立在網絡結構模型的鏈路層，該層以幀為數據交換單位，通信數據被封裝在點對點協議幀中，然后該封裝幀通過PPTP隧道協議添加IP數據報文以實現在計算機網絡內的傳輸。后者規定隧道建立在網絡結構模型的網絡層，該層以包為數據交換單位，該協議下的整個IP數據包都要被封裝處理，隧道內只傳輸網絡層報文。

比較兩種實現方式，第三層隧道實現方式安全性更高，擴展性更強，對系統的負荷要求較低，隧道一旦建立即可實現虛擬專用網內的數據通信。

4 計算機網絡相關技術應用與實踐

計算機網絡相關技術的應用主要是組建諸如LAN、INTERNET、ATM以及無線網絡等并限期提供服務支持。無論是那種網絡，其在網絡部署過程中都要考慮到拓撲結構設計、數據交換方式選擇以及擴展通信等內容。

以普通的計算機網絡為例，網絡所承載的主要業務有數據、語音以及視頻等。在進行網絡構建時可以選用TCP/IP協議來構建骨干網絡，而網絡的拓撲結構可選用星型結構，不同計算機終端通過路由器和交換機進行連接，交換機部署在層級較高的節點中，同時提供內網與外網的通信接口，路由器部署在層級較低的節點中提供終端路由服務。為保障網絡通信的安全穩定，網絡中還可以應用防火墻技術、虛擬專用網技術、備份技術、日志管理等技術來豐富和完善計算機網絡的整體性能。

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