2.1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)學(xué)科中發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一。它的應(yīng)用非常廣泛，幾乎涵蓋了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，如政務(wù)、軍事、科研、文化、教育、經(jīng)濟(jì)、商業(yè)、娛樂等，它正改變著人們的工作方式、生活方式和思維方式。

2.1.1　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念

（1）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指利用通信線路和通信設(shè)備將地理上分散的、具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)按不同的結(jié)構(gòu)連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件及協(xié)議實(shí)現(xiàn)資源共享和數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。

從整體上來說計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是把分布在不同地理區(qū)域的計(jì)算機(jī)與專門的外部設(shè)備用通信線路互聯(lián)成一個(gè)規(guī)模大、功能強(qiáng)的系統(tǒng)，從而使眾多的計(jì)算機(jī)可以方便地互相傳遞信息，共享硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息等資源。

（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的功能

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要功能是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的資源共享和數(shù)據(jù)通信。

① 資源共享　資源包括硬件資源、軟件資源和各種數(shù)據(jù)信息。硬件資源各種類型的計(jì)算機(jī)、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備，如打印機(jī)等。軟件資源包括操作系統(tǒng)及各種應(yīng)用軟件。共享的目的是讓網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)人都可以訪問所有的程序、設(shè)備和數(shù)據(jù)，讓資源擺脫地理位置的束縛。

② 數(shù)據(jù)通信　數(shù)據(jù)通信是指在兩個(gè)計(jì)算機(jī)或終端之間進(jìn)行信息交換和數(shù)據(jù)傳輸。可以傳輸各種類型的信息包括數(shù)據(jù)信息和圖形、圖像、聲音、視頻流等各種多媒體信息。

2.1.2　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的演變過程大致可以劃分為四個(gè)階段。

（1）遠(yuǎn)程終端聯(lián)機(jī)階段

20世紀(jì)50年代，以單個(gè)計(jì)算機(jī)為中心的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)將彼此獨(dú)立發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合起來，完成了數(shù)據(jù)通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的研究，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生做好了技術(shù)準(zhǔn)備，奠定了理論基礎(chǔ)。

（2）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)階段

20世紀(jì)60年代，由若干個(gè)計(jì)算機(jī)互連的系統(tǒng)，呈現(xiàn)出多處理中心的特點(diǎn)，以美國的ARPANET與分組交換技術(shù)為重要標(biāo)志。 ARPANET是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)里程碑，它的研究成果對(duì)促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展起到了重要的作用，為Internet的形成奠定了基礎(chǔ)。

（3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段

由于單一的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)無法滿足網(wǎng)絡(luò)的多樣性要求，20世紀(jì)70年代中后期，出現(xiàn)了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議將分布在不同地理位置上的單個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接起來。

（4）因特網(wǎng)階段

20世紀(jì)80～90年代是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)發(fā)展時(shí)期，ARPANET網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，將全球無數(shù)的公司、校園、和個(gè)人用戶聯(lián)系起來，最終演變成今天幾乎覆蓋全球每一個(gè)角落的Internet。

2.1.3　計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)有很多種，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可劃分為不同的類別。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理范圍和規(guī)模分類是最普遍采用的分類方法，它能較好地反映計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)特征。

① 按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理位置可分為局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和城域網(wǎng)（MAN）。

局域網(wǎng)是連接近距離計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍從幾米到數(shù)公里。例如辦公室或?qū)嶒?yàn)室的網(wǎng)、校園網(wǎng)等。局域網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸速率較高、誤碼率較低，易于建立、維護(hù)和擴(kuò)展。

廣域網(wǎng)其覆蓋的地理范圍從幾十公里到幾千公里，覆蓋一個(gè)國家、地區(qū)或橫跨幾個(gè)洲。例如我國的公用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、電話交換網(wǎng)屬于廣域網(wǎng)。

城域網(wǎng)它是介于廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)之間的一種高速網(wǎng)絡(luò)，覆蓋范圍為幾十公里，大約是一個(gè)城市的規(guī)模。

② 按交換方式可分為線路交換網(wǎng)絡(luò)、報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)和分組交換網(wǎng)絡(luò)。

③ 按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為星型網(wǎng)絡(luò)、樹型網(wǎng)絡(luò)、總線型網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

2.1.4　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)和連接結(jié)點(diǎn)的線路抽象成點(diǎn)和線，用幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而反映出網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體的結(jié)構(gòu)關(guān)系。常見的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有總線型、星型、環(huán)型、樹型、網(wǎng)狀型。

（1）總線型

總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備通過相應(yīng)的硬件接口直接連接到公共總線上，一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息，總線上的其它結(jié)點(diǎn)均可接收到。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布線容易、可靠性較高，是局域網(wǎng)常采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)：所有的數(shù)據(jù)都需經(jīng)過總線傳送，總線成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸；出現(xiàn)故障診斷較為困難。總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

圖2-1　總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（2）星型

每個(gè)結(jié)點(diǎn)都由一條單獨(dú)的通信線路與中心結(jié)點(diǎn)連結(jié)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)、便于管理，連接點(diǎn)的故障容易監(jiān)測(cè)和排除。缺點(diǎn)：中心結(jié)點(diǎn)是全網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，中心結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-2所示。

圖2-2　星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（3）環(huán)型

各結(jié)點(diǎn)通過通信線路組成閉合回路，環(huán)中數(shù)據(jù)只能單向傳輸。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，適合使用光纖，傳輸距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)：環(huán)網(wǎng)中任意結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障都會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓，另外故障診斷也較困難。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-3所示。

圖2-3　環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（4）樹型

是一種層次結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)按層次連結(jié)，信息交換主要在上下結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，相鄰結(jié)點(diǎn)或同層結(jié)點(diǎn)之間一般不進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。優(yōu)點(diǎn)：連結(jié)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，適用于匯集信息的應(yīng)用要求。缺點(diǎn)：資源共享能力較低，可靠性不高，任何一個(gè)工作站或鏈路的故障都會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-4所示。

圖2-4　樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（5）網(wǎng)狀型

又稱作無規(guī)則結(jié)構(gòu)，結(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)是任意的，沒有規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)可靠性高，比較容易擴(kuò)展，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每一結(jié)點(diǎn)都與多點(diǎn)進(jìn)行連結(jié)，必須采用流量控制。目前廣域網(wǎng)基本上采用網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-5所示。

圖2-5　網(wǎng)狀型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)