計算機網絡及其構成

張晉薇

【摘 要】本文簡介了計算機網絡的發展，同時從網絡分類、網絡的拓撲結構、網絡硬件、網絡軟件、網絡協議等幾個方面，對網絡的構成進行了說明，介紹了計算機網絡及其主要構成要素。

【關鍵詞】計算機；網絡；構成

0 前言

國際互聯網（internet），又稱因特網，始建立于1969年的美國，目前已經聯接著超過160個國家和地區，四萬多個子網，五百多萬臺電腦主機，是世界上信息資源最豐富的電腦公共網絡。

它具有快捷性、普及性，促進了人類社會的進步，豐富人類的精神世界和物質世界，是現今最流行、最受歡迎的傳媒之一。

1 網絡簡介

互聯網是由一些使用公用語言互相通信的計算機連接而成的網絡，即廣域網、局域網及單機按照一定的通訊協議組成的國際計算機網絡。

一個完整的網絡需要四個要素組成：通信線路、通信設備、有獨立功能的計算機、網絡軟件及實現數據通信與資源共享，這四個要素缺一不可。

2 計算機網絡分類

在計算機網絡中，可按不同的標準進行分類。一般可按網絡節點分布、網絡拓撲結構及按交換方式來分類。

2.1 按網絡結點分布

計算機網絡按網絡結點分布可分為：局域網（Local Area Network，LAN）、廣域網（Wide Area Network，WAN）和城域網（Metropolitan Area Network，MAN）。

局域網（LAN）是一種在小范圍內實現的計算機網絡，作用范圍一般為幾米到幾十公里以內，結構簡單，布線相對容易。一般在一個建筑物內，或一個工廠、一個事業單位內部，為單位獨有。

城域網（MAN）是在一個城市內部組建的計算機信息網絡，提供全市的信息服務。作用范圍界于WAN與LAN之間目前。

廣域網（WAN）范圍很廣，信道傳輸速率較低，一般小于0.1Mbps，結構比較復雜，作用范圍一般為幾十到幾千公里。可以分布在一個省內、一個國家或幾個國家。

2.2 按拓撲結構分類

計算機網絡按拓撲結構分類可分為：總線型、環型、星型、網狀。

總線型拓撲結構是指采用單根傳輸線作為總線，所有工作站都共用一條總線。

環型網絡拓撲結構主要應用于采用同軸電纜（也可以是光纖）作為傳輸介質的令牌網中，是由連接成封閉回路的網絡節點組成的。

星型拓撲結構是用一個節點作為中心節點，其他節點直接與中心節點相連構成的網絡。

網狀網是一種新型的無線網絡架構，它的核心指導思想是讓網絡中的每個節點都可以發送和接收信號。

2.3 按交換方式

計算機網絡可分為線路交換網絡（Circurt Switching）、報文交換網絡（Message Switching）和分組交換網絡（Packet Switching）。

線路交換網絡是早期的計算機網絡就是采用此方式來傳輸數據的，數字信號經過變換成為模擬信號后才能在線路上傳輸。

報文交換網絡是一種數字化網絡。通信時，源機發出的一個報文被存儲在交換器里，交換器根據報文的目的地址選擇合適的路徑發送報文，這種方式稱做存儲-轉發方式。

分組交換網絡也采用報文傳輸，它是將一個長的報文劃分為許多定長的報文分組，以分組作為傳輸的基本單位。這不僅簡化了對計算機存儲器的管理，而且也加速了信息在網絡中的傳播速度。

由于分組交換優于線路交換和報文交換，具有許多優點，因此它已成為計算機網絡的主流。

3 網絡的拓撲結構

網絡拓撲結構是指用傳輸媒體互連各種設備的物理布局，就是用一定方式把網絡中的計算機設備連接起來。

構成網絡的拓撲結構有很多種，拓撲圖給出網絡服務器、工作站的網絡配置和相互間的連接，它的結構主要有星型結構、環型結構、總線結構、分布式結構、樹型結構、網狀結構、蜂窩狀結構等。

3.1 星型

星型結構是指各工作站以星型方式連接成網。

網絡有中央節點，其他節點（工作站、服務器）都與中央節點直接相連，這種結構以中央節點為中心，因此又稱為集中式網絡。

星型拓撲結構便于集中控制，易于維護和安全等優點，端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信。星型拓撲結構的網絡延遲時間較小，傳輸誤差較低。

缺點是中心系統必須具有極高的可靠性，為提高系統的可靠性，對中心系統通常采用雙機熱備份。

3.2 環型

環型結構在小型局域網中使用較多。

環型網絡拓撲結構主要應用于采用同軸電纜作為傳輸介質的令牌網中，是由連接成封閉回路的網絡節點組成的。

數據在環路中沿著一個方向在各個節點間傳輸，信息從一個節點傳到另一個節點。這種結構消除了端用戶通信時對中心系統的依賴性。

優點：點到點的鏈路，總以單向方式操作；信息流在網中是沿著固定方向流動，簡化了路徑選擇的控制；環路上各節點都是自舉控制，控制軟件簡單。

缺點：信息源在環路中串行地穿過各個節點，當環中節點過多時，影響信息傳輸速率，使網絡的響應時間延長；環路是封閉的，不便于擴充；可靠性低，一個節點故障，將會造成全網癱瘓；維護難，對分支節點故障定位較難。

3.3 總線型

總線結構是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式，也就是說，連接端用戶的物理媒體由所有設備共享，各工作站地位平等，無中央節點控制，公用總線上的信息多以基帶形式串行傳遞，其傳遞方向總是從發送信息的節點開始向兩端擴散，如同廣播電臺發射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機網絡。各節點在接受信息時都進行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相符，相符則接收網上的信息。

這種結構具有費用低、數據端用戶入網靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優點。缺點是一次僅能一個端用戶發送數據，其它端用戶必須等待到獲得發送權；媒體訪問獲取機制較復雜；維護難，分支節點故障查找難。盡管有上述一些缺點，但由于布線要求簡單，擴充容易，端用戶失效、增刪不影響全網工作，所以是局域網技術中使用最普遍的一種。

3.4 分布式

分布式結構的網絡是將分布在不同地點的計算機通過線路互連起來的一種網絡形式。

分布式結構的網絡具有如下特點：由于采用分散控制，即使整個網絡中的某個局部出現故障，也不會影響全網的操作，因而具有很高的可靠性；網中的路徑選擇最短路徑算法，故網上延遲時間少，傳輸速率高，但控制復雜；各個節點間均可以直接建立數據鏈路，信息流程最短；便于全網范圍內的資源共享。

缺點為連接線路用電纜長，造價高；網絡管理軟件復雜；報文分組交換、路徑選擇、流向控制復雜；在一般局域網中不采用這種結構。

3.4 網狀

網狀拓撲結構主要指各節點通過傳輸線互聯連接起來，并且每一個節點至少與其他兩個節點相連。網狀拓撲結構具有較高的可靠性，但其結構復雜，實現起來費用較高，不易管理和維護，不常用于局域網！

3.5 蜂窩

蜂窩拓撲結構是無線局域網中常用的結構。它以無線傳輸介質（微波、衛星、紅外等）點到點和多點傳輸為特征，適用于城市網、校園網、企業網。

4 網絡硬件

目前在計算機網絡中應用較為普遍的網絡硬件有：計算機網卡、集線器（Hub）、路由器（Router）、交換機、專用數據傳送設備。其中我們把計算機網卡、集線器（HUB）、路由器（Router）、交換機稱為計算機網絡的主要設備。

4.1 計算機網卡及其分類

計算機網卡是局域網中連接計算機和傳輸介質的接口。

計算機網卡分類：網絡接口（細纜口、粗纜口、雙絞線口、光纜口）、 帶寬（10兆網卡、100兆網卡、10/100自適應網卡、千兆網卡）、主板接口（ISA接口網卡、PCI接口網卡. EISA接口網卡、MCA接口網卡）。

4.2 集線器及其分類

集線器是局域網中的基礎設備，集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網絡的傳輸距離，同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。

集線器（Hub）分類：接口的數量（4口、8口、12口、24口、36口、48口等）、帶寬（10兆、100兆、10/100自適應型、10/100兆混合型、1000兆）、是否智能型）。

4.3 路由器

路由器是一個能把多個異種子網互聯起來，形成一個綜合性的通訊網絡的一種網絡設備。同時它還能對數據傳送時進行最佳尋徑、流量管理、數據過濾、負荷分流、負載均衡和冗余容錯等；高擋的路由器還具有數據壓縮、傳送優先、數據加密等功能。提供諸如局域網互連、廣域網接口等多種服務。

4.4 交換機

交換機是一種存儲轉發設備，它是基于OSI參考模型的數據鏈路層操作的技術，是根據其發送幀中的終點MAC地址進行信息幀轉發的。

5 網絡軟件

5.1 網絡軟件簡介

網絡軟件是計算機網絡環境中，用于支持數據通信和各種網絡活動的軟件。

每個計算機網絡都制訂一套全網共同遵守的網絡協議，并要求網中每個主機系統配置相應的協議軟件，以確保網中不同系統之間能夠可靠、有效地相互通信和合作。

5.2 網絡軟件分類

網絡軟件包括通信支撐平臺軟件、網絡服務支撐平臺軟件、網絡應用支撐平臺軟件、網絡應用系統、網絡管理系統以及用于特殊網絡站點的軟件等。

通信軟件和各層網絡協議軟件是這些網絡軟件的基礎和主體。

5.2.1 通信軟件

通訊軟件用以監督和控制通信工作的軟件。它除了作為計算機網絡軟件的基礎組成部分外，還可用作計算機與自帶終端或附屬計算機之間實現通信的軟件。

通信軟件通常由線路緩沖區管理程序、線路控制程序以及報文管理程序組成。報文管理程序通常由接收、發送、收發記錄、差錯控制、開始和終了5個部分組成。

5.2.2 協議軟件

網絡軟件的重要組成部分，按網絡所采用的協議層次模型組織而成。

除物理層外，其余各層協議大都由軟件實現。每層協議軟件通常由一個或多個進程組成，其主要任務是完成相應層協議所規定的功能，以及與上、下層的接口功能。

5.2.3 應用系統

根據網絡的組建目的和業務的發展情況，研制、開發或購置。其任務是實現網絡總體規劃所規定的各項業務，提供網絡服務和資源共享。

網絡應用系統有通用和專用之分。通用網絡應用系統適用于較廣泛的領域和行業，如數據收集系統、數據轉發系統和數據庫查詢系統等。

專用網絡應用系統只適用于特定的行業和領域，如銀行核算、鐵路控制、軍事指揮等。

5.3 網絡軟件安全問題

5.3.1 網絡軟件的漏洞及缺陷被利用，使網絡遭到入侵和破壞

5.3.2 網絡軟件安全功能不健全或被安裝了“特洛伊木馬”軟件

5.3.3 應加安全措施的軟件未給予標識和保護，要害的程序沒有安全措施，使軟件被非法使用、被破壞或產生錯誤

5.3.4 拒絕服務，中斷或妨礙通信，延誤對時間要求較高的操作

5.3.5 沒有正確的安全策略和安全機制，缺乏先進的安全工具和手段

5.3.6 不妥當的標定或資料，導致所改的程序出現版本錯誤

如程序員沒有保存程序變更的記錄；沒有做拷貝；未建立保存記錄的業務。

6 網絡協議

6.1 網絡協議簡介

協議是為計算機網絡中進行數據交換而建立的規則、標準或約定的集合，用來描述進程之間信息交換數據時的規則術語。

6.2 要素

網絡協議是由三個要素組成：語義、語法、時序。

人們形象地把這三個要素描述為：語義表示要做什么，語法表示要怎么做，時序表示做的順序。

6.2.1 語義是解釋控制信息每個部分的意義。它規定了需要發出何種控制信息，以及完成的動作與做出什么樣的響應。

6.2.2 語法是用戶數據與控制信息的結構與格式，以及數據出現的順序。

6.2.3 時序是對事件發生順序的詳細說明，也可稱為“同步”。

6.3 層次劃分

為了使不同計算機廠家生產的計算機能夠相互通信，以便在更大的范圍內建立計算機網絡，國際標準化組織提出了“開放系統互聯參考模型”（OSI/RM模型）。

它將計算機網絡體系結構的通信協議劃分為七層，自下而上依次為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層。

對于每一層，至少制定兩項標準：服務定義和協議規范。

服務定義給出了該層所提供的服務的準確定義，協議規范描述了協議的動作和各種有關規程，以保證服務的提供。

6.4 常用協議

在計算機網絡中TCP/IP協議、NetBEUI 協議、IPX/SPX協議，這三大協議最為常用。

6.4.1 TCP/IP協議

TCP/IP協議是三大協議中最重要的一個，隨著Internet網的發展，TCP/IP協議也得到進一步的研究開發和推廣應用，成為Internet網上的“通用語言”，也是是目前最流行的網絡協議。作為互聯網的基礎協議，任何和互聯網有關的操作都離不開TCP/IP協議。

TCP/IP協議使用需要進行配置IP地址、網關、子網掩碼、DNS服務器等參數。

但TCP/IP協議在局域網中的通信效率并不高，使用它在瀏覽“網上鄰居”中的計算機時，經常會出現不能正常瀏覽的現象。此時安裝NetBEUI協議就會解決這個問題。

6.4.2 NetBEUI 協議

NetBEUI是NetBIOS協議的增強版本，它是一種短小精悍、通信效率高的廣播型協議，安裝后不需要進行設置，特別適合于在“網絡鄰居”傳送數據。

如果一臺只裝了TCP/IP協議的WINDOWS98機器要想加入到WINNT域，必須安裝NetBEUI協議。

6.4.3 IPX/SPX協議

IPX/SPX協議本來就是Novell開發的專用于NetWare網絡中的協議。在局域網中它可以使多種操作系統進行通訊，而且使用簡單，不需要任何設置。

【參考文獻】

[1]胡道元.計算機局域網.4版[M].北京：清華大學出版社.

[責任編輯：曹明明]