1.2 计算机网络概述

1.2.1 计算机网络的定义

网络（Network）是一个复杂的人或物的互连系统。我们周围无时无刻不存在一张网，如电话网、电报网等。我们身体内部也存在许许多多的网络系统，如神经系统、消化系统等。

在计算机网络出现的前期，计算机都是独立的设备，每台计算机独立工作，互不联系。计算机与通信技术的结合，对计算机系统的组织方式产生了深远的影响，使计算机之间的相互访问成为可能。不同种类的计算机通过同种类型的通信协议（Protocol）相互通信，产生了计算机网络（Computer Network）。

计算机网络，就是把分布在不同地理区域的计算机及专门的外部设备利用通信线路互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互相传递信息、共享信息资源。给出如此广泛的定义是因为IT业迅速发展，各种网络互连终端设备层出不穷，如计算机、打印机、WAP（Wireless Application Protocol）手机、PDA（Personal Digital Assistant）、网络电话等各种支持网络互连的设备。

1.2.2 计算机网络的功能

1.数据通信

利用计算机网络可实现各计算机之间快速可靠地互相传送数据，进行信息处理，如传真、电子邮件（E-mail）、电子数据交换（EDI）、电子公告牌（BBS）、远程登录（Telnet）与信息浏览等通信服务。数据通信是计算机网络最基本的功能。

2.资源共享

网络的出现使资源共享变得很简单，能在网络上达到数据共享、软件共享、硬件共享，使交流的双方可以跨越空间的障碍，随时随地传递信息。

3.负载均衡与分布处理

负载均衡（Load Balancing）通过网络可以缓解用户资源缺乏的矛盾，使各种资源得到合理的调整。分布处理（Distributed Processing）：一方面，对于一些大型任务，可以通过网络分散到多个计算机上进行分布式处理，也可以使各地的计算机通过网络资源共同协作，进行联合开发、研究等；另一方面，计算机网络促进了分布式数据处理和分布式数据库的发展。

举个典型的例子：一个大型ISP（Internet内容提供商）为了支持更多的用户访问他的网站，在全世界多个地方放置了相同内容的WWW（World Wide Web）服务器；通过一定技术使不同地域的用户看到放置在离他最近的服务器上的相同页面，这样来实现各服务器的负载均衡，同时用户也节省了访问时间。

4.提高系统的安全可靠性

计算机网络系统能实现对差错信息的重发，网络中各计算机还可以通过网络成为彼此的后备机，从而增强系统的可靠性。计算机通过网络中的冗余部件可大大提高可靠性，例如，在工作过程中，一台机器出了故障，可以使用网络中的另一台机器；网络中一条通信线路出了故障，可以取道另一条线路，从而提高网络整体系统的可靠性。

1.2.3 计算机网络的组成

一般而论，计算机网络有三个主要组成部分：若干主机，为用户提供服务；一个通信子网，主要由节点交换机和连接这些节点的通信链路组成；网络软件和一系列的协议，为在主机和主机之间或主机和子网中各节点之间的通信所用，是通信双方事先约定好的、必须遵守的规则。

为了便于分析，按照数据通信和数据处理的功能，一般从逻辑上将网络分为通信子网和资源子网两部分。图1.5给出了典型的计算机网络结构。

1.通信子网

通信子网由通信控制器（CCP）、通信线路与其他通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。

通信控制器在网络拓扑结构中被称为网络节点。它一方面作为与资源子网的主机、终端连接的接口，将主机和终端连入网内；另一方面又作为通信子网中的分组存储—转发节点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用。目前通信控制器一般为路由器和交换机。

通信线路为通信控制器与通信控制器、通信控制器与主机之间提供通信信道。计算机网络采用了多种通信线路，如电话线、双绞线、同轴电缆、光纤电缆、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。

2.资源子网

资源子网由主机系统、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网实现全网的面向应用的数据处理和网络资源共享，它由各种硬件和软件组成。

（1）主机系统（Host）。它是资源子网的主要组成单元，装有本地操作系统、网络操作系统、数据库、用户应用系统等软件。它通过高速通信线路与通信子网的通信控制器相连接。普通用户终端通过主机系统连入网内。早期的主机系统主要指大型机、中型机与小型机。

（2）终端。它是用户访问网络的界面。终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理器的智能终端。智能终端除具有输入、输出信息的功能外，本身具有存储与处理信息的能力。终端可以通过主机系统连入网内，也可以通过终端设备控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制器连入网内。

（3）网络操作系统（NOS）。它是建立在各主机操作系统之上的一个操作系统，用于实现不同主机之间的用户通信，以及全网硬件和软件资源的共享，并向用户提供统一、方便的网络接口，便于用户使用网络。

（4）网络协议。网络协议是实现计算机之间、网络之间相互识别并正确进行通信的一组标准和规则，它是计算机网络工作的基础。在Internet上传送的每个消息至少通过三层协议：网络协议（Network Protocol），负责将消息从一个地方传送到另一个地方；传输协议（Transport Protocol），管理被传送内容的完整性；应用程序协议（Application Protocol），作为对通过网络应用程序发出的请求的应答，将传输转换成人类能识别的东西。

（5）网络数据库。它是建立在网络操作系统之上的一种数据库系统，可以集中驻留在一台主机上（集中式网络数据库系统），也可以分布在每台主机上（分布式网络数据库系统），它向网络用户提供存取、修改网络数据库的服务，以实现网络数据库的共享。

（6）应用系统。它是建立在上述部件基础的具体应用，以实现用户的需求。图1.6表示了主机操作系统、网络操作系统、网络数据库系统和应用系统之间的层次关系。图中UNIX、Windows为主机操作系统，NOS为网络操作系统，NDBS为网络数据库系统，AS为应用系统。