計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其構(gòu)成

張晉薇

【摘 要】本文簡介了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，同時從網(wǎng)絡(luò)分類、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)硬件、網(wǎng)絡(luò)軟件、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等幾個方面，對網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成進(jìn)行了說明，介紹了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其主要構(gòu)成要素。

【關(guān)鍵詞】計算機(jī)；網(wǎng)絡(luò)；構(gòu)成

0 前言

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

它具有快捷性、普及性，促進(jìn)了人類社會的進(jìn)步，豐富人類的精神世界和物質(zhì)世界，是現(xiàn)今最流行、最受歡迎的傳媒之一。

1 網(wǎng)絡(luò)簡介

互聯(lián)網(wǎng)是由一些使用公用語言互相通信的計算機(jī)連接而成的網(wǎng)絡(luò)，即廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)及單機(jī)按照一定的通訊協(xié)議組成的國際計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

一個完整的網(wǎng)絡(luò)需要四個要素組成：通信線路、通信設(shè)備、有獨(dú)立功能的計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)軟件及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信與資源共享，這四個要素缺一不可。

2 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分類

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，可按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。一般可按網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分布、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及按交換方式來分類。

2.1 按網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)分布

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)分布可分為：局域網(wǎng)（Local Area Network，LAN）、廣域網(wǎng)（Wide Area Network，WAN）和城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）。

局域網(wǎng)（LAN）是一種在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，作用范圍一般為幾米到幾十公里以內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單，布線相對容易。一般在一個建筑物內(nèi)，或一個工廠、一個事業(yè)單位內(nèi)部，為單位獨(dú)有。

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

廣域網(wǎng)（WAN）范圍很廣，信道傳輸速率較低，一般小于0.1Mbps，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，作用范圍一般為幾十到幾千公里?？梢苑植荚谝粋€省內(nèi)、一個國家或幾個國家。

2.2 按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類可分為：總線型、環(huán)型、星型、網(wǎng)狀。

總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于采用同軸電纜（也可以是光纖）作為傳輸介質(zhì)的令牌網(wǎng)中，是由連接成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是用一個節(jié)點(diǎn)作為中心節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)直接與中心節(jié)點(diǎn)相連構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)狀網(wǎng)是一種新型的無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的核心指導(dǎo)思想是讓網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)都可以發(fā)送和接收信號。

2.3 按交換方式

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)可分為線路交換網(wǎng)絡(luò)（Circurt Switching）、報文交換網(wǎng)絡(luò)（Message Switching）和分組交換網(wǎng)絡(luò)（Packet Switching）。

線路交換網(wǎng)絡(luò)是早期的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)就是采用此方式來傳輸數(shù)據(jù)的，數(shù)字信號經(jīng)過變換成為模擬信號后才能在線路上傳輸。

報文交換網(wǎng)絡(luò)是一種數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。通信時，源機(jī)發(fā)出的一個報文被存儲在交換器里，交換器根據(jù)報文的目的地址選擇合適的路徑發(fā)送報文，這種方式稱做存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式。

分組交換網(wǎng)絡(luò)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?shù)幕締挝?。這不僅簡化了對計算機(jī)存儲器的管理，而且也加速了信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳播速度。

由于分組交換優(yōu)于線路交換和報文交換，具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此它已成為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主流。

3 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指用傳輸媒體互連各種設(shè)備的物理布局，就是用一定方式把網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)設(shè)備連接起來。

構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多種，拓?fù)鋱D給出網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、工作站的網(wǎng)絡(luò)配置和相互間的連接，它的結(jié)構(gòu)主要有星型結(jié)構(gòu)、環(huán)型結(jié)構(gòu)、總線結(jié)構(gòu)、分布式結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)等。

3.1 星型

星型結(jié)構(gòu)是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)有中央節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)（工作站、服務(wù)器）都與中央節(jié)點(diǎn)直接相連，這種結(jié)構(gòu)以中央節(jié)點(diǎn)為中心，因此又稱為集中式網(wǎng)絡(luò)。

星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)便于集中控制，易于維護(hù)和安全等優(yōu)點(diǎn)，端用戶設(shè)備因?yàn)楣收隙C(jī)時也不會影響其它端用戶間的通信。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)延遲時間較小，傳輸誤差較低。

缺點(diǎn)是中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性，為提高系統(tǒng)的可靠性，對中心系統(tǒng)通常采用雙機(jī)熱備份。

3.2 環(huán)型

環(huán)型結(jié)構(gòu)在小型局域網(wǎng)中使用較多。

環(huán)型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于采用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的令牌網(wǎng)中，是由連接成封閉回路的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成的。

數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點(diǎn)間傳輸，信息從一個節(jié)點(diǎn)傳到另一個節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)消除了端用戶通信時對中心系統(tǒng)的依賴性。

優(yōu)點(diǎn)：點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，總以單向方式操作；信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動，簡化了路徑選擇的控制；環(huán)路上各節(jié)點(diǎn)都是自舉控制，控制軟件簡單。

缺點(diǎn)：信息源在環(huán)路中串行地穿過各個節(jié)點(diǎn)，當(dāng)環(huán)中節(jié)點(diǎn)過多時，影響信息傳輸速率，使網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)時間延長；環(huán)路是封閉的，不便于擴(kuò)充；可靠性低，一個節(jié)點(diǎn)故障，將會造成全網(wǎng)癱瘓；維護(hù)難，對分支節(jié)點(diǎn)故障定位較難。

3.3 總線型

總線結(jié)構(gòu)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(shè)備共享，各工作站地位平等，無中央節(jié)點(diǎn)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(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)開始向兩端擴(kuò)散，如同廣播電臺發(fā)射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。各節(jié)點(diǎn)在接受信息時都進(jìn)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(wǎng)上的信息。

這種結(jié)構(gòu)具有費(fèi)用低、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活、站點(diǎn)或某個端用戶失效不影響其它站點(diǎn)或端用戶通信的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是一次僅能一個端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其它端用戶必須等待到獲得發(fā)送權(quán)；媒體訪問獲取機(jī)制較復(fù)雜；維護(hù)難，分支節(jié)點(diǎn)故障查找難。盡管有上述一些缺點(diǎn)，但由于布線要求簡單，擴(kuò)充容易，端用戶失效、增刪不影響全網(wǎng)工作，所以是局域網(wǎng)技術(shù)中使用最普遍的一種。

3.4 分布式

分布式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)是將分布在不同地點(diǎn)的計算機(jī)通過線路互連起來的一種網(wǎng)絡(luò)形式。

分布式結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：由于采用分散控制，即使整個網(wǎng)絡(luò)中的某個局部出現(xiàn)故障，也不會影響全網(wǎng)的操作，因而具有很高的可靠性；網(wǎng)中的路徑選擇最短路徑算法，故網(wǎng)上延遲時間少，傳輸速率高，但控制復(fù)雜；各個節(jié)點(diǎn)間均可以直接建立數(shù)據(jù)鏈路，信息流程最短；便于全網(wǎng)范圍內(nèi)的資源共享。

缺點(diǎn)為連接線路用電纜長，造價高；網(wǎng)絡(luò)管理軟件復(fù)雜；報文分組交換、路徑選擇、流向控制復(fù)雜；在一般局域網(wǎng)中不采用這種結(jié)構(gòu)。

3.4 網(wǎng)狀

網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要指各節(jié)點(diǎn)通過傳輸線互聯(lián)連接起來，并且每一個節(jié)點(diǎn)至少與其他兩個節(jié)點(diǎn)相連。網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有較高的可靠性，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來費(fèi)用較高，不易管理和維護(hù)，不常用于局域網(wǎng)！

3.5 蜂窩

蜂窩拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是無線局域網(wǎng)中常用的結(jié)構(gòu)。它以無線傳輸介質(zhì)（微波、衛(wèi)星、紅外等）點(diǎn)到點(diǎn)和多點(diǎn)傳輸為特征，適用于城市網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)。

4 網(wǎng)絡(luò)硬件

目前在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用較為普遍的網(wǎng)絡(luò)硬件有：計算機(jī)網(wǎng)卡、集線器（Hub）、路由器（Router）、交換機(jī)、專用數(shù)據(jù)傳送設(shè)備。其中我們把計算機(jī)網(wǎng)卡、集線器（HUB）、路由器（Router）、交換機(jī)稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備。

4.1 計算機(jī)網(wǎng)卡及其分類

計算機(jī)網(wǎng)卡是局域網(wǎng)中連接計算機(jī)和傳輸介質(zhì)的接口。

計算機(jī)網(wǎng)卡分類：網(wǎng)絡(luò)接口（細(xì)纜口、粗纜口、雙絞線口、光纜口）、 帶寬（10兆網(wǎng)卡、100兆網(wǎng)卡、10/100自適應(yīng)網(wǎng)卡、千兆網(wǎng)卡）、主板接口（ISA接口網(wǎng)卡、PCI接口網(wǎng)卡. EISA接口網(wǎng)卡、MCA接口網(wǎng)卡）。

4.2 集線器及其分類

集線器是局域網(wǎng)中的基礎(chǔ)設(shè)備，集線器的主要功能是對接收到的信號進(jìn)行再生整形放大，以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時把所有節(jié)點(diǎn)集中在以它為中心的節(jié)點(diǎn)上。

集線器（Hub）分類：接口的數(shù)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(yīng)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(wǎng)互聯(lián)起來，形成一個綜合性的通訊網(wǎng)絡(luò)的一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。同時它還能對數(shù)據(jù)傳送時進(jìn)行最佳尋徑、流量管理、數(shù)據(jù)過濾、負(fù)荷分流、負(fù)載均衡和冗余容錯等；高擋的路由器還具有數(shù)據(jù)壓縮、傳送優(yōu)先、數(shù)據(jù)加密等功能。提供諸如局域網(wǎng)互連、廣域網(wǎng)接口等多種服務(wù)。

4.4 交換機(jī)

交換機(jī)是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，它是基于OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層操作的技術(shù)，是根據(jù)其發(fā)送幀中的終點(diǎn)MAC地址進(jìn)行信息幀轉(zhuǎn)發(fā)的。

5 網(wǎng)絡(luò)軟件

5.1 網(wǎng)絡(luò)軟件簡介

網(wǎng)絡(luò)軟件是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，用于支持?jǐn)?shù)據(jù)通信和各種網(wǎng)絡(luò)活動的軟件。

每個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都制訂一套全網(wǎng)共同遵守的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并要求網(wǎng)中每個主機(jī)系統(tǒng)配置相應(yīng)的協(xié)議軟件，以確保網(wǎng)中不同系統(tǒng)之間能夠可靠、有效地相互通信和合作。

5.2 網(wǎng)絡(luò)軟件分類

網(wǎng)絡(luò)軟件包括通信支撐平臺軟件、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支撐平臺軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支撐平臺軟件、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)以及用于特殊網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)的軟件等。

通信軟件和各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件是這些網(wǎng)絡(luò)軟件的基礎(chǔ)和主體。

5.2.1 通信軟件

通訊軟件用以監(jiān)督和控制通信工作的軟件。它除了作為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件的基礎(chǔ)組成部分外，還可用作計算機(jī)與自帶終端或附屬計算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)通信的軟件。

通信軟件通常由線路緩沖區(qū)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(fā)送、收發(fā)記錄、差錯控制、開始和終了5個部分組成。

5.2.2 協(xié)議軟件

網(wǎng)絡(luò)軟件的重要組成部分，按網(wǎng)絡(luò)所采用的協(xié)議層次模型組織而成。

除物理層外，其余各層協(xié)議大都由軟件實(shí)現(xiàn)。每層協(xié)議軟件通常由一個或多個進(jìn)程組成，其主要任務(wù)是完成相應(yīng)層協(xié)議所規(guī)定的功能，以及與上、下層的接口功能。

5.2.3 應(yīng)用系統(tǒng)

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的組建目的和業(yè)務(wù)的發(fā)展情況，研制、開發(fā)或購置。其任務(wù)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃所規(guī)定的各項業(yè)務(wù)，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和資源共享。

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)有通用和專用之分。通用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)適用于較廣泛的領(lǐng)域和行業(yè)，如數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫查詢系統(tǒng)等。

專用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)只適用于特定的行業(yè)和領(lǐng)域，如銀行核算、鐵路控制、軍事指揮等。

5.3 網(wǎng)絡(luò)軟件安全問題

5.3.1 網(wǎng)絡(luò)軟件的漏洞及缺陷被利用，使網(wǎng)絡(luò)遭到入侵和破壞

5.3.2 網(wǎng)絡(luò)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(yīng)加安全措施的軟件未給予標(biāo)識和保護(hù)，要害的程序沒有安全措施，使軟件被非法使用、被破壞或產(chǎn)生錯誤

5.3.4 拒絕服務(wù)，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(jī)制，缺乏先進(jìn)的安全工具和手段

5.3.6 不妥當(dāng)?shù)臉?biāo)定或資料，導(dǎo)致所改的程序出現(xiàn)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(yè)務(wù)。

6 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

6.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介

協(xié)議是為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合，用來描述進(jìn)程之間信息交換數(shù)據(jù)時的規(guī)則術(shù)語。

6.2 要素

網(wǎng)絡(luò)協(xié)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(guī)定了需要發(fā)出何種控制信息，以及完成的動作與做出什么樣的響應(yīng)。

6.2.2 語法是用戶數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)與格式，以及數(shù)據(jù)出現(xiàn)的順序。

6.2.3 時序是對事件發(fā)生順序的詳細(xì)說明，也可稱為“同步”。

6.3 層次劃分

為了使不同計算機(jī)廠家生產(chǎn)的計算機(jī)能夠相互通信，以便在更大的范圍內(nèi)建立計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”（OSI/RM模型）。

它將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的通信協(xié)議劃分為七層，自下而上依次為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。

對于每一層，至少制定兩項標(biāo)準(zhǔn)：服務(wù)定義和協(xié)議規(guī)范。

服務(wù)定義給出了該層所提供的服務(wù)的準(zhǔn)確定義，協(xié)議規(guī)范描述了協(xié)議的動作和各種有關(guān)規(guī)程，以保證服務(wù)的提供。

6.4 常用協(xié)議

在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中TCP/IP協(xié)議、NetBEUI 協(xié)議、IPX/SPX協(xié)議，這三大協(xié)議最為常用。

6.4.1 TCP/IP協(xié)議

TCP/IP協(xié)議是三大協(xié)議中最重要的一個，隨著Internet網(wǎng)的發(fā)展，TCP/IP協(xié)議也得到進(jìn)一步的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用，成為Internet網(wǎng)上的“通用語言”，也是是目前最流行的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。作為互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議，任何和互聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的操作都離不開TCP/IP協(xié)議。

TCP/IP協(xié)議使用需要進(jìn)行配置IP地址、網(wǎng)關(guān)、子網(wǎng)掩碼、DNS服務(wù)器等參數(shù)。

但TCP/IP協(xié)議在局域網(wǎng)中的通信效率并不高，使用它在瀏覽“網(wǎng)上鄰居”中的計算機(jī)時，經(jīng)常會出現(xiàn)不能正常瀏覽的現(xiàn)象。此時安裝NetBEUI協(xié)議就會解決這個問題。

6.4.2 NetBEUI 協(xié)議

NetBEUI是NetBIOS協(xié)議的增強(qiáng)版本，它是一種短小精悍、通信效率高的廣播型協(xié)議，安裝后不需要進(jìn)行設(shè)置，特別適合于在“網(wǎng)絡(luò)鄰居”傳送數(shù)據(jù)。

如果一臺只裝了TCP/IP協(xié)議的WINDOWS98機(jī)器要想加入到WINNT域，必須安裝NetBEUI協(xié)議。

6.4.3 IPX/SPX協(xié)議

IPX/SPX協(xié)議本來就是Novell開發(fā)的專用于NetWare網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)議。在局域網(wǎng)中它可以使多種操作系統(tǒng)進(jìn)行通訊，而且使用簡單，不需要任何設(shè)置。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡道元.計算機(jī)局域網(wǎng).4版[M].北京：清華大學(xué)出版社.

[責(zé)任編輯：曹明明]