第1章計算機網絡概述1.1計算機網絡產生與發展1.2計算機網絡的功能1.3計算機網絡的分類1.4計算機網絡的組成1.5網絡拓撲結構1.6網絡通訊協議1.1網絡的產生與發展計算機計算機網絡是計算機技術和通信技術相結合的產物。計算機是20世紀中葉最偉大的發明，通信技術是一門古老的技術，在19世紀30年代就發明了電報，19世紀70年代發明了電話，但計算機技術和通信技術的真正結合卻是最近幾十年的事情。計算機網絡在計算機應用和信息存儲、處理、傳輸過程中起著非常重要的作用，“網絡就是計算機”這一嶄新的思想已經成為計算機領域的專家學者、制造廠商和廣大用戶的共識。隨著社會的日益發展，計算機網絡的新理論、新技術、新產品層出不窮，形成計算機產業的重要組成部分，計算機的應用已經進入網絡應用發展的階段網絡產生。1.1計算機網絡的產生

與發展1.1.1計算機網絡的產生計算機網絡，出現在20世紀60年代，它的歷史雖然不長，但發展很快，整個過程經歷了一個從簡單到復雜、從小到大的演變過程。大致可以歸納為四個階段：第一個階段是面向終端的計算機網絡；第二個階段是計算機到計算機的簡單網絡；第三個階段是開放式標準化的易于普及和應用的網絡；第四個階段是網絡的高速化發展階段。第一代計算機網絡起源于20世紀50年代中期，開始于美國半自動地面環境研究（Semi-AutomaticGroundEnvironment,SAGE），該機構屬防空系統，進行將計算機技術和通信技術相結合的實驗，將多個地理位置上分散的終端計算機，連接到一臺中心計算機上，由此出現第一代面向終端的計算機網絡。

第二代計算機網絡是多臺具有自主處理能力的計算機通過通信線路連接起來而為用戶提供服務的。典型代表是60年代后期美國國防部高級研究計劃局的ARPA（AdvancedResearchProjectsAgency）網，它是第一個以實現資源共享為目的的計算機網絡。第三代計算機網絡是開放式標準化的互聯網絡，它具有統一的網絡體系結構、遵循國際標準化協議，能方便地將計算機互聯在一起。它起源于70年代后期，發展于80年代，成熟于90年代。典型的例子就是國際互聯網Internet，將世界范圍的計算機相互連接在一起，實現更廣范圍、更大規模的數據交換和信息共享。第四代計算機網絡是高速化發展網絡，隨著美國信息化高速公路的提出與實施，Internet技術不斷成熟，功能和應用不斷拓展完善，網絡應用在跨地域、寬領域方面的應用日益廣泛。在信息化高度發展的今天，任何一臺計算機都必須以某種形式連網，以實現共享信息或協同工作，否則就不能充分發揮計算機的性能。1.1.2計算機網絡的發展首先，計算機網絡向高速化、寬帶化方向發展，以太網（Ethernet）的傳輸速率從早期的10Mbit/s到100Mbit/s的普及，到現在的千兆(Gbit/s)，數據傳輸速率得到了極大的提高。其次，計算機網絡向多媒體方向發展。隨著網絡應用的發展，計算機網絡從早期的字符信息傳輸到現在的圖形、圖像、聲音、和影像等多媒體信息的傳輸。多媒體的傳輸，不但要求網絡具有較高的傳輸速率（高帶寬），而且對延遲時間（實時性）、時間抖動（等時性）和服務質量等方面都提出了更高的要求。隨著電子商務的出現，網絡交易正在改變人們傳統的生活模式，網上書店、網上購物、網絡銀行、網絡大學、虛擬社區等新名詞層出不窮，電子數據交換（EDI）、電子定單系統（EOS）、電子資金轉移（EFT）、網絡炒股等應用使計算機網絡得到更加充分的發揮。

目前，計算機網絡正在向三網合一（電視網、電話網和計算機網絡）方向發展，今后，只要一臺多媒體個人計算機（MPC）就能實現錄音機、可視電話機、圖文傳真機、立體聲音響設備、電視機和錄像機等設備的功能。1.2網絡的功能

在計算機的發展過程中，人們對計算機網絡提出了不同的定義，大體分為三類：廣義的觀點、資源共享的觀點和用戶透明的觀點。1.2.1計算機網絡的定義1.廣義的觀點2.資源共享的觀點3.用戶透明的觀點綜上所述，計算機網絡是將地理位置不同并具有獨立功能的多個計算機系統通過通信設備和線路連接起來、以功能完善的網絡軟件（網絡協議、信息交換方式以及網絡操作系統等）實現網絡資源共享的系統。

1.2.2計算機網絡的功能計算機網絡的功能，主要表現在三個方面。1.硬件資源共享可以對處理器資源、存儲資源、輸入/輸出資源等設備的共享。如共享激光打印機、大型繪圖儀、巨型計算機以及大容量的外部存儲器等，從而使用戶節省投資。2.軟件資源共享互聯網上的用戶可以遠程訪問各類大型數據庫，可以通過網絡下載某些軟件到本地計算機上使用，可以在網絡環境下，訪問一些安裝在服務器上的公用網絡軟件，可以通過網絡，登錄到遠程計算機上使用該計算機上的軟件。3.用戶信息共享計算機網絡為分布在各地的用戶提供了強有力的通信手段。用戶可以通過計算機網絡傳送電子郵件、發布新聞消息和進行電子商務活動。

1.3計算機網絡的分類

1.按照地理覆蓋范圍分類按照覆蓋范圍大小，可以劃分為局域網、城域網、廣域網三種。（1）局域網（LAN）：局域網指位于相對有限區域內的一組計算機、打印機和其它設備連接起來的通信網絡。物理連接的范圍較小，一般為幾米到幾千米，常用于辦公大樓或者鄰近的建筑群之間，也可以小到一間辦公室或者幾間辦公室，甚至一個家庭。（2）城域網（MAN）：顧名思義就是一個城市或者地區的主干網絡。城域網的地理覆蓋范圍為幾千米至幾十千米，是介于廣域網和局域網之間的網絡系統。（3）廣域網（WAN）：廣域網是一種可跨越國家及地區的遍布全球的計算機網絡。網絡距離可以達到上萬千米，網絡可以跨越國界、洲界、甚至全球。如Internet網。

2.按傳輸介質分類((1)有線網采用同軸電纜、雙絞線等物理介質來傳輸數據的網絡。同軸電纜網比較經濟，安裝較為便利，傳輸率和抗干擾能力一般，傳輸距離較短。雙絞線網是目前最常見的連網方式，它價格便宜，安裝方便，但易受干擾，傳輸率較低，傳輸距離比同軸電纜要短。

(2)光纖網光纖網也是有線網的一種。光纖傳輸距離長，傳輸率高，可達數千兆bps，抗干擾性強，不會受到電子監聽設備的監聽，是高安全性網絡的理想選擇。(3)

無線網采用空氣作傳輸介質，用電磁波作為載體來傳輸數據，目前無線網聯網費用較高，還不太普及，但由于聯網方式靈活方便，是一種很有前途的連網方式。

3.按網絡的拓撲結構來分網絡的拓撲結構是指一個網絡的通信鏈路和結點的幾何排列或物理布局圖形分支，它是從圖論演變過來的。在網絡中常用的拓撲結構有：星型拓撲、環型拓撲、總線型拓撲。網狀拓撲、樹型拓撲等都是以上述三類拓撲結構的擴展。詳細內容見1.5節。4.按通信方式來分按照網絡的通信方式，計算機網絡分為以下兩類。（1）點對點傳輸：數據以點對點的方式，在計算機或通信設備中傳輸，即將它們都直接相連在一起。（2）廣播式傳輸：數據在共享式介質中傳輸。

5.按服務方式來分（1）客戶機/服務器網絡服務器是指專門提供服務的高性能計算機或專用設備，客戶機是用戶計算機。這是客戶機向服務器發出請求并獲得服務的一種網絡形式，多臺客戶機可以共享服務器提供的各種資源，這是最常用、最重要的一種網絡類型。不僅適合于同類計算機聯網，也適合于不同類型的計算機聯網，如PC機、Mac機的混合聯網。

（2）對等網對等網不要求文件服務器，每臺客戶機都可以與其他客戶機對話，共享彼此的信息資源和硬件資源，組網的計算機一般類型相同，這種網絡方式靈活方便，但是較難實現集中管理與監控，安全性也低，適合于部門內部協同工作的小型網絡。另外還有一些非正規的分類方法：如企業網、校園網，根據名稱便可理解。算機網絡就解決了這一問題。1.4計算機網絡的組成

計算機網絡通俗地講就是由多臺計算機（或其它計算機網絡設備）通過傳輸介質和軟件，物理（或邏輯）連接在一起組成的整體。計算機網絡的組成按照邏輯組成和物理組成分別進行介紹。1.4.1網絡的邏輯組成計算機網絡按邏輯功能可分為資源子網和通信子網兩部分。1．通信子網通信子網負擔著全網的數據傳輸、轉接、加工和變換等通信處理工作，它主要包括通信線路、網絡連接設備、網絡通信協議、通信控制軟件等。2．資源子網資源子網提供訪問的能力，主要負責全網的數據處理和向網絡用戶提供網絡資源、網絡服務等。

1.4.2網絡系統的組成計算機網絡系統是通信子網和資源子網組成的。而網絡軟件系統和網絡硬件系統是網絡系統賴以存在的基礎,在網絡系統中，硬件對網絡的選擇起著決定性作用，而網絡軟件則是挖掘網絡潛力的工具計算機網絡由網絡硬件系統和網絡軟件系統組成。

1.硬件系統局域網的硬件系統是指構成局域網的所有物理設備總和。主要包括計算機設備和通信傳輸設備，這些設備按照功能和在網絡中的作用可以分為服務器、客戶機、網絡適配器（網卡）、通信設備、連接設備和傳輸介質等。2.軟件系統計算機網絡的軟件系統包括網絡通信協議、網絡操作系統和網絡應用軟件。(1)網絡通信協議通信協議實際上是一組規定和約定的準則。兩臺計算機在通信時必須約定好本次通信做什么，因此通信雙方要遵從相互可以接受的協議才能進行通信。目前因特網上使用的TCP/IP協議等，任何計算機連入網絡后只要運行TCP/IP協議，就可訪問因特網。局域網中常用的通信協議有NetBEUI、IPX/SPX及其兼容協議和TCP/IP三類。(2)網絡操作系統網絡操作系統（NetworkOperationSystem，NOS）是指能使網絡上多臺計算機方便而有效的共享網絡資源，為用戶提供所需各種服務的操作系統軟件。網絡操作系統除了具備單機操作系統所需的功能外，還應提供高效可靠的網絡通訊能力和提供多項網絡服務功能，如遠程管理、文件傳輸、電子郵件、遠程打印等。目前最為流行的網絡操作系統為WindowsNT/2000、Unix、Linux等。(3)網絡應用軟件網絡應用軟件是構建在網絡操作系統上的應用程序，不同的應用軟件，可以滿足網絡用戶不同的需求，例如網絡數據庫軟件，網絡通訊軟件等。1.5網絡拓撲結構網絡拓撲是網絡中各種設備之間的連接形式，計算機網絡可以分為：星型結構、總線型結構、環型結構、樹型結構和網狀結構，隨著無線網絡的應用，又多了一種蜂窩型結構。

1．星型結構星型結構是以中央結點為中心，把若干外圍結點連接起來的網絡。如圖1.2所示，在星型結構中，中央結點對各外圍結點間的通信和信息交換進行集中控制和管理。

1.5網絡拓撲結構圖1.2星型結構

2．總線型結構總線型結構由一條總線連接若干個結點所形成的網絡。如圖1.3所示。總線型網絡采用廣播通信方式，即由一個結點發出的信息可被網絡上的多個結點所接收。作為總線的通信線路可以是同軸電纜，也可以是光纜等。

圖1.3總線型結構

3．樹型結構連網的各計算機按樹型結構組成，樹的每個結點都是計算機，如圖1.4所示。在樹型結構的網絡中有多個中心結點，形成一種分級管理的集中式網絡，適用于各種管理部門需要進行分級數據傳送的場合。其優點是連接容易，管理簡單，維護方便。缺點是共享能力差，可靠性低。

圖1.4樹型結構

4．環型網絡它由通信線路與各結點連接成一個閉合的環，如圖1.5所示。環型網絡的結構簡單，環中各結點地位相等，建網容易，能實現數據傳送的適時控制，但網絡的可靠性差。

圖1.5環型網絡

5．網狀結構這種結構的各結點通過傳輸線路相互連接起來，并且任何一個結點都至少與其它兩個結點相連，所以網狀結構的網絡具有較高的可靠性，但其實現起來費用高、結構復雜、不容易管理和維護，如圖1.6所示。

圖1.6網狀結構

1.6網絡通訊協議

計算機網絡又由通信子網和資源子網來構成，在通信子網中最常用、最重要的協議主要有TCP/IP協議、IPX/SPX及其兼容協議、NETBEUI協議，其中TCP/IP協議是當前不同網絡互連應用最為廣泛的網絡協議。

1．TCP/IP協議TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）即傳輸控制協議/Internet協議，是實現Internet連接的基本技術元素，是目前最完整、最