计算机网络技术与应用

计算机网络技术与应用计算机网络是利用通信设备和传输介质，将分布在不同地理位置上的具有独立功能的计算机相互连接，通过网络协议进行数据通信，实现资源共享。计算机网络的主要通信设备包括交换机、路由器、服务器、调制解调器、光端机等；通信线路的传输介质有双绞线、光纤、微波等。计算机也是一种数据通信网络。但是，这些数据在传输过程中，既可以采用数字信号方式传输，也可以采用模拟信号方式传输。早期的计算机网络产生于20世纪50年代初，它是将一台大型计算机通过通信线路与若干台终端设备直接相连。现代意义的计算机网络产生于20世纪60年代中期，它利用传输介质（如双绞线或光纤）将具有独立功能的计算机连接起来。在Interent时代，计算机的发展处于第4阶段，这个时期的计算机网络特点是互连、告诉和商业化应用。计算机网络一般包括计算机系统、通信线路和通信设备、网络协议和网络软件4部分。计算机网络提供的各种功能称为服，最常见的服务有Web网页服务、文件传输协议（FileTransferProtocol,FTB）服务、E-mail服务、文件共享服务等。计算机网络系统以通信子网为中心，它是由通信设备和通信线路组成的独立数数据通信系统，承担全网的数据传输、交换、加工等工作。计算机网络功能：（1）资源共享。网络资源主要指计算机网络中的硬件和软件资源。资源共享可使连接到网络中的用户对对资源进行浏览和查询等操作，从而大大提高网络资源的利用率。（2）数据通信。数据通信是计算机网络最基本的功能，它主要完成网络中心各个节点之间的通信。计算机网络提供了快捷、方便的信息交流方式，人们可以砸上收发E-mail，发布Web网页，开展电子商务、远程教育、远程医疗等活动。(3)分布式处理。利用计算机网络技术，可以将许多计算机连接成具有更高性能的计算机系统，使计算机具有解决复杂问题的能力。对于复杂的大型计算机问题，可以采用合适的算法，将计算机任务分布到网络中不同的计算机分别进行处理。目前计算机网络正在向高速化、多媒体化、多服务化等方向发展。未来通信目标是实现5W的个人通信，即任何人（Who），在任何时候（When）,在任何地方（Where）都可以与任何其他人（Whomever）传送任何信息（Whatever）计算机网络根据不同标准有多种不同的分类方法，最常用的分类方法是IEEE根据计算机网络地理范围的大小，将网络分为局域网、城域网和广域网。（1）局域网（LocalAreaNetwerk,LAN）。局域网通常架设在一幢建筑物内或相邻几幢建筑物之间。局域网是结构复杂程度最低的计算机网络，也是目前应用最广泛的一类网络。尽管局域网结构很简单，但并不意味着它们必定规模很小。由于光通信技术的发展应用，局域网覆盖范围越来越大，往往直径达到数千米的范围一个连续的园区网（如大学校园网、只能小区网等）也归纳为一个局域网。(2)城域网（MetropolitanAreaNetwork,WAN）城域网的覆盖范围为网络直径在100多千米以下的一个连续城市区域，城域网往往由许多大型局域网组成。（3）广域网（WideAreaNetwork,WAN）广域网覆盖范围的网络直径达数百千米以上，一般为多个城域网的互连（如ChinaNET,即中国公用计算机网），甚至是全世界各个国家之间网络的互连（如Internet）,因此广域网能实现最大范围的资源共享。（广域网一般采用光纤或卫星进行信号传输）。计算机网络层次模型和各层协议的集合称为计算机网络体系结构。物理层处于OSI/RM的最低层，主要功能是为网络提供物理连接。该层将信息按比特（bit）一位一位地从一台主机经传输介质送往另一台主机，实现主机之间的比特流传送。物理层包括了传输介质和部分网络设备，以及信号从一个设备传输到另一个设备的规则。物理层的网络设备包括了传输介质和部分网络设备接口具有4个重要特性，即机械、电气、功能和规程特性。网络层的主要功能是为网络内任意两个设备之间的数据交换提供服务，并进行路由选择和流量控制。网络层传输的信息以报文分组为单位，分组是将较长的报文按固定长度分成若干段，且每个段按规定格式加上相关信息，如路由控制信息和差错控制信息等。网络层接受来自源主机的报文，并把它转换为分组，然后路由选择算法，确定送到的指定目标的路由，当分组到达目标主机后，再还原成报文。传输层也称为榆树曾或传送层，它的主要功能是提供端到端的传输服务。在两个用户之间，网络连接可能是一条点对点的直接线路，也可能需要经过多种类型的通信节点。传输层的目的是屏蔽不同网络节点之间的差异，使源主机与目标主机之间的通信就像点对点连接一样。传输层信息传送单位是报文，它的工作是接收会话层送来的数据（报文），当报文太长时，先把它分割成多个分组，再交给网络层，实现传输层数据的传送。会话层也称为对话层，它的任务是为不同网络只能够的两个用户建立会话连接，并管理它们在该连接上的对话，使它们之间按顺序正确地完成数据交换。会话层要为用户提供可靠地会话连接。表示层主要解决用户数据格式和数据表示的问题。由于各种类型的计算机都有它们自己的内部数据格式，因此需要某种转换机制来确保它们之间的互相转换。表示层的主要任务是把源主机内部的数据格式，表示为适用于网络传输的格式，并且将接收到的数据译码为应用层所理解的内容。此外，该层还完成数据压缩与恢复、数据加密与解密等功能。应用层的任务是负责两个应用程序之间的通信，即为网络用户之间的通信提供专用的应用程序，如网页浏览、电子邮件、文件传输、数据库存取等。按照网络信号传输方式，可以将网络分为点对点网络和点对多点网络两种类型。由于点对多点网络往往采用广播工作方式，因此也称为广播型网络。点对点（PeertoPeer）网络是将网络中的主机（如计算机、路由器等）以两两相连的方式连接起来，网络中的主机通过单独的链路进行数据传输，并且两个端点之间可能会有多条单独的链路。这种网络类型主要用于城域网和广域网。端到端指跨越多个节点或链路的两个系统之间的通信。假设，数据从A端传输到D端，中间要经过A-B-C-D链路，可见端到端由多个点对点实现和组成。端到端是一个逻辑链路，两端的主机一旦通信完成，这个链路就释放，物理线路可以被其他通信用来建立连接。TCP是用来建立这种端到端练就额的协议。点对点网络拓扑结构有点对点连接、线型网、环形网、网状网等。广播型网络的最大优点是在一个网段内，任何两个节点之间的通信，最多需要经过“两跳”（如计算机A-交换机-计算机B）的距离；它的缺点是网络流量很大时，容易导致网络性能急剧下降。点对点网络恰好相反，其优点是网络性能不会随数据流量加大而降低；但网络中任意两个节点通信时，如果它们之间的中间节点比较多，就需要经过多跳后才能到达，这加大了网络传输时延。因此，在网络设计时，应当充分利用广播型网络与点对点网络的优点，尽量避免它们的缺点带来的负面影响。广播型网络利用传输介质的共享性，消除了网络线路的重复性建设，降低了网络费用，有重要的经济意义，因此广播型网络广泛用于局域网通信，以及部分城域网通信中。但是广播型网络为什么没有应用于广域网通信呢？原因在于技术和经济因素。广播型网络中的主机必须协调使用网络，而这种协调需要占用大量的通信资源。因为通信所需的时间由距离决定，广域网中主机之间在地里上的长距离通信，会带来较长的信号延迟，这会导致网络需要花费更多的时间来协调共享介质的使用。另外，提供长距离高带宽的通信通道，比提供同样带宽的短距离通信通道成本要昂贵的多。（P131.3.2）...未完，待续...