第1章 基础知识

1.1 计算机网络概述

关于计算机网络的最简单定义是，一些相互连接的、以共享资源为目的的、自治的计算机的集合。

从广义上看，计算机网络是以传输信息为基础目的，用通信线路将多个计算机连接起来的计算机系统的集合。

从用户角度看，计算机网络就是存在着一个能为用户自动管理的网络操作系统，由它调用完成用户所调用的资源，而整个网络像一个大的计算机系统一样，对用户是透明的。

一个比较通用的定义是，利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件及协议实现资源共享和信息传递的系统。

从整体上来说，计算机网络就是把分布在不同地理区域的计算机与专门的外部设备用通信线路互联成一个规模大、功能强的系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息，共享硬件、软件、数据信息等资源。简单来说，计算机网络就是由通信线路互相连接的许多自主工作的计算机构成的集合体，如图1-1所示。

图1-1 计算机网络示意图

通常根据网络范围和计算之间的互联距离将计算机网络分为3类，即局域网、广域网和互联网。

• 局域网（Local Area Network，LAN）：即企业内部办公网络，目前主要采用的是以太网技术。
• 广域网（Wide Area Network，WAN）：又称远程网，是为不同城市间的局域网提供连接，由电信运营商组建和维护，为用户提供服务的计算机网络。
• 互联网（Internet）：又称国际网，是用网络互联设备将各种类型的局域网和广域网互联起来而形成的计算机网络。

以太网（Ethernet）是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，使用载波监听多路访问及冲突检测（CSMA/CD）技术，并以10Mb/s的速率运行在多种类型的电缆上。以太网是应用最广泛的局域网，包括标准以太网（10Mb/s）、快速以太网（100Mb/s）、高速以太网（1000Mb/s）和10G以太网（10Gb/s），均符合IEEE802.3标准。

以太网的工作模式通常分为两类：

• 共享式：所有主机共享一个物理信道，同一时刻，只能一发一收，工作在半双工方式。其典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器为核心的星形网络。集线器并不处理和检查其上的通信量，仅通过一个端口接收信号并重复分发给其他站口，如图1-2（a）所示。
• 交换式：可以建立多个独立的信道，同一时刻，既能发，也能收，可工作在全双工方式。在交换式以太网中，交换机根据收到的数据帧的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此数据帧在通过交换机时不会产生冲突，如图1-2（b）所示。

图1-2 集线器和交换机

常见的网络传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、卫星、微波等，其中双绞线是目前最常用的通信线缆，其结构是4对8线，其中每两根绞合在一起，一对发送，一对接收，另两对用于消除电磁干扰，有效传输距离为100m，如图1-3所示。

图1-3 双绞线的结构示意图

在图1-3中，直连线（568B—568B）用于异类设备的互连，如网卡—交换机、路由器—交换机等；交叉线（568B—568A）用于同类设备的互连，如网卡—网卡、路由器—路由器、网卡—路由器、交换机—交换机等。

网络设备的端口分为MDI和MDIX两类。以太网交换机属于MDIX设备，其端口属于MDIX接口，连接MDI类设备（如PC）时，需要使用普通（平行）网线；若采用交叉网线，则不能正确通信。

目前有许多网络设备支持端口自动翻转（Auto MDI/MDIX）。如果网络中两端的设备都支持端口自动翻转，就会增加网络的易用性。