1.4.1　計算機網絡簡述

計算機網絡，是指分布在不同地理位置上的具有獨立功能的一群計算機，通過通信設備和通信線路相互連接起來，在通信軟件的支持下實現數據傳輸和資源共享的系統。

1.計算機網絡的功能

計算機網絡的功能主要表現在以下幾個方面：

（1）資源共享。資源共享包括硬件資源、軟件資源和數據資源的共享，網絡中的用戶能在各自的位置上部分或全部地共享網絡中的硬件、軟件和數據，如繪圖儀、激光打印機、大容量的外部存儲器等，從而提高了網絡的經濟性。軟件或數據的共享避免了軟件建設的重復勞動和重復投資，以及數據的重復存儲，也便于集中管理。通過Internet可以檢索許多聯機數據庫，查看到世界上許多著名圖書館的館藏書目等，就是數據資源共享的一個例子。

（2）信息傳輸。信息傳輸是計算機網絡的基本功能之一。在網絡中，通過通信線路可實現主機與主機、主機與終端之間各種信息的快速傳輸，使分布在各地的用戶信息得到統一集中的控制和管理。例如，人們可以在自己的計算機上把電子郵件（E-mail）發送到世界各地，這些郵件可以是票據、賬單、信函、公文等，內容可包括語音、圖像等多媒體信息；在商業活動中，可以利用電子數據交換（EDI）功能，實現“無紙貿易”的各種電子商務活動。

（3）分布處理。通過計算機網絡，可以把一項大型的任務劃分成若干部分，并分散到不同的計算機上處理，同時運作，共同完成，從而使整個系統的效能大為提高。

當網絡中某一計算機負荷較重時，可將新的作業轉給網絡中其他較空閑的計算機去處理，以減少用戶的等待時間，使各計算機的負擔均衡。

（4）綜合信息服務。通過計算機網絡可以向全社會提供各種經濟信息、科技情報和社會服務信息，也可以提供咨詢服務。例如，利用Internet上的WWW（全球信息網，World Wide Web）可以獲取世界各地的信息資源；ISDN（綜合業務數字網，Integrated Services Digital Network）就是將多種辦公設備（如電話、傳真機、電視機、復印機等）納入計算機網絡，以提供數字、語音、圖形、圖像等多種信息的傳輸，ISDN還提供諸如電視電話、電視會議、交互式可視終端等新型通信業務服務。

2.計算機網絡的分類

根據組成計算機網絡的地理范圍大小的不同，計算機網絡可分為廣域網（Wide Area Network，WAN）、城域網（Metropolitan Area Network，MAN）和局域網（Local Area Network，LAN）三種。

廣域網（WAN）又稱遠程網，組成網絡的各計算機之間地理分布范圍廣，組網費用高，一般利用一些公用的傳輸網絡來組成。廣域網的作用范圍通常為幾十千米到幾千千米，常用于一個國家范圍或更大范圍內的信息交換，能實現較大范圍內的資源共享和信息傳送。由于廣域網通常借用傳統的公共通信網（如電話網），因此造成數據傳輸率較低，響應時間較長。

局域網（LAN）又稱局部網，組成網絡的各計算機地理分布范圍較窄，例如把一個實驗室、一座樓、一個大院、一個單位或部門的多臺計算機連接成一個計算機網絡，聯網的計算機之間的距離一般在幾米至幾千米范圍內。局域網通常采用專用電纜（如同軸電纜、雙絞線、光纖等）連接，有較高的數據傳輸速率。

城域網（MAN）又稱都市網，其作用范圍在廣域網和局域網之間，它是將現有的局域網互相連接起來，使之成為規模較大的、適用于大都市使用的網絡。

按網絡的使用范圍來劃分，可將計算機網絡分為公用網和專用網兩種類型。公用網是由國家電信部門組建、控制和管理，為全社會提供服務的公共數據網絡，凡是愿意按規定繳納費用的用戶都可以使用。專用網則是某部門或公司組建、控制和管理，為特殊業務需要而組建的，不允許其他部門或單位使用的網絡。

計算機網絡的另一種重要分類方法，就是按網絡的拓撲結構來劃分網絡的類型。網絡的基本拓撲結構有星形結構、環形結構、總線形結構、樹形結構和網狀形結構。

3.OSI參考模型

國際標準化組織（ISO）于1984年公布了開放系統互連參考模型（Open SystemInterconnect，OSI）成為網絡體系結構的國際標準。OSI將計算機互聯的功能劃分成七個層次，規定了同層次進程通信的協議及相鄰層次之間的接口及服務，又稱七層協議。該模型自下而上的各層分別為：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層及應用層，如圖1-4-1所示。

（1）物理層（Physical Layer）

物理層是OSI參考模型的最底層，它利用傳輸介質為數據鏈路層提供物理連接。它主要關心的是通過物理鏈路從一個結點向另一個結點傳送比特流，物理鏈路可能是銅線、衛星、微波或其他的通訊媒介。它關心的問題有：多少伏電壓代表1？多少伏電壓代表0？時鐘速率是多少？采用全雙工還是半雙工傳輸？總的來說，物理層關心的是鏈路的機械、電氣、功能和規程特性。

（2）數據鏈路層（Data Link Layer）

數據鏈路層是為網絡層提供服務的，解決兩個相鄰結點之間的通信問題，傳送的協議數據單元稱為數據幀。

數據幀中包含物理地址（又稱MAC地址）、控制碼、數據及校驗碼等信息。該層的主要作用是通過校驗、確認和反饋重發等手段，將不可靠的物理鏈路轉換成對網絡層來說無差錯的數據鏈路。

此外，數據鏈路層還要協調收發雙方的數據傳輸速率，即進行流量控制，以防止接收方因來不及處理發送方來的高速數據而導致緩沖器溢出及線路阻塞。

（3）網絡層（Network Layer）

網絡層是為傳輸層提供服務的，傳送的協議數據單元稱為數據包或分組。該層的主要作用是解決如何使數據包通過各結點傳送的問題，即通過路徑選擇算法（路由）將數據包送到目的地。另外，為避免通信子網中出現過多的數據包而造成網絡阻塞，需要對流入的數據包數量進行控制（擁塞控制）。當數據包要跨越多個通信子網才能到達目的地時，還要解決網際互連的問題。

（4）傳輸層（Transport Layer）

傳輸層的作用是為上層協議提供端到端的可靠和透明的數據傳輸服務，包括處理差錯控制和流量控制等問題。該層向高層屏蔽了下層數據通信的細節，使高層用戶看到的只是在兩個傳輸實體間的一條主機到主機的、可由用戶控制和設定的、可靠的數據通路。

傳輸層傳送的協議數據單元稱為段或報文。

（5）會話層（Session Layer）

會話層主要功能是管理和協調不同主機上各種進程之間的通信（對話），即負責建立、管理和終止應用程序之間的會話。會話層得名的原因是它很類似于兩個實體間的會話概念。例如，一個交互的用戶會話以登錄到計算機開始，以注銷結束。

（6）表示層（Presentation Layer）

表示層處理流經結點的數據編碼的表示方式問題，以保證一個系統應用層發出的信息可被另一系統的應用層讀出。如果必要，該層可提供一種標準表示形式，用于將計算機內部的多種數據表示格式轉換成網絡通信中采用的標準表示形式。數據壓縮和加密也是表示層可提供的轉換功能之一。

（7）應用層（Application Layer）

應用層是OSI參考模型的最高層，是用戶與網絡的接口。該層通過應用程序來完成網絡用戶的應用需求，如文件傳輸、收發電子郵件等。