网络基础认识


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网络的组成

  计算机网络由网路硬件和网络软件组成,具体内容如下图1所示:

图1  计算机网络的组成

  从计算机网络各组成部件的功能来看,各部件主要完成了两种功能,即网络通信和资源共享。

  通信子网是指在计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合。通信设备、网络通信协议、通信控制软件等属于通信子网,是网络的内层,负责信息的传输。其主要为用户提供数据的传输、转接,加工和变换等服务。

  资源子网是指在计算机网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合。其包含了用户计算机(工作站)、网络存储系统、网络打印机、独立运行的网络数据设备、网络终端、服务器、网络上运行的各种软件资源,数据资源等内容。


网络的拓扑结构

  引用拓扑学中研究与大小,形状无关的点,线关系的方法,把网络中的计算机和通信设备抽象为一个点,把传输介质抽象为一条线,由点和线组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。网络的拓扑结构反映出网中个实体的结构关系,影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方面,是建设计算机网络的第一步,也是实现各种网络协议的基础。

  常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、网状型和混合型。

总线型:

  总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线,所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。结点之间按广播方式通信,一个结点发出的信息,总线上的其它结点均可“收听”到。这是局域网常采用的拓扑结构。

图2  总线型拓扑

  它的优点是不需要其他的互联设备,组网费用低;在扩展网络时,由于其结构简单,只需要添加一个网络接头即可,增加或者减少用户比较方便。

  当然,它的缺点也一目了然,所有主机共享同一总线,主机的增多必然会引起网络性能的下降;而且总线一旦出现故障,将导致整个网络的中断;此外总线的传输距离有限,通信范围受到一定的限制。

星型:

  星型拓扑结构是以中央结点为中心,把若干外围结点连接起来的幅射式的互连结构。中心节点设备通常采用交换机,N个节点完全互联需要N-1条传输线路。需要强调的是,星型以太网虽然在物理上呈星型结构,但逻辑上仍然是总线型结构。这种结构适用于局域网,常以双绞线或同轴电缆作连接线路。

 

图3  星型拓扑

  星型拓扑结构的优点是:其结构简单,单点故障不影响全网;同总线型结构一样,其增删节点及维护管理容易,故障隔离和检测也较为容易。

  其缺点也很明显:使用线缆较多,成本高;其网络性能过于依赖中心节点,导致中心节点负担重成为瓶颈;若中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。

树型拓扑:

  树型结构是星型结构的扩展,它由根结点和分支结点所构成,根结点接受各分支节点发送的数据,然后广播发送到整个网络。

图4  树型拓扑

  其优点是:结构比较简单,成本低,扩充节点也方便灵活;如果某一分支的结点或线路发生故障,会很容易将故障分支与整个网络隔离开来。

  但也有缺点:同星型结构中对中心节点过分依赖一样,树型结构对根的依赖性很大,如果根结点发生故障,则整个网络都不能正常工作。

环型拓扑:

  环型拓扑是将传输总线组成一个封闭的环,各网络结点连在环上,数据沿一个约定的方向逐站传送,每个结点的地位和作用相同,且每个结点都能获得执行控制权。

图5  环型拓扑

  该环型结构简化了路径选择控制,不易发生地址冲突,且各个节点负载均衡。

  但该拓扑在节点过多时,会加大传输时延,影响传输效率;环某处断开会导致整个系统的失效;节点的加入和撤出过程也要比其它结构复杂。

网状型拓扑:

  在网状拓扑结构中,所有结点之间均可以有链接,没有规律。实际存在的广域网基本上都采用网状拓扑结构,该拓扑结构有时也被称为分布式结构。

图6  网状拓扑

  若网络中节点数为N,则全连接网络的总链路数H为:H = N * (N - 1) / 2

  链路数在小于H时,该拓扑可被称为半网状拓扑结构;当链路数等于H时,该拓扑则可被称为全网状。

  优点:网络传输可选择最佳路径,传输延迟小,线路的信息流量分配得到改善;网内节点共享资源容易;某一线路或节点有故障时,不会影响整个网络的工作,可靠性高;网络可组建成各种形状,采用多种通信信道,多种传输速率。

  缺点:结点间的任意连接使得网状型结构复杂,需要路由选择和流向控制功能;网络控制软件复杂,硬件成本较高,不易管理和维护。

混合型拓扑:

  混合型网络拓扑是上述2种及以上的网络拓扑结合在一起的拓扑结构,具有它们的优点,但其网络结构复杂、成本高。混合型拓扑可以是不规则型的网络,也可以是点-点相连结构的网络。这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展,一般用在广域网中。


网络的分类

  按照传播方式不同,计算机网络可分为“广播网络”和“点-点网络”两大类:

  广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播,网络中的所有结点都能收到任一结点发出的数据信息。常见的广播式网络有星型网、总线网、蜂窝网等。

  目前,在广播式网络中的传输方式有3种:

      一是单播方式,即采用一对一的发送形式将数据发送给网络所有目的节点。

      二是组播方式,即采用一对一组的发送形式,将数据发送给网络中的某一组主机。

      三是广播方式,即采用一对所有的发送形式,将数据发送给网络中所有目的节点。

  点-点网络是由一条通信线路连结两台设备,假如没有直接相连的线路,数据为了能从源端到达目的端,可能需要经过一台或多台中间设备的接收、存储、转发,直至目的结点。常见的点-点拓扑结构有环型、树型和网状型,多用于局域网互联,或城域网和广域网的互联,常见的点对点通信协议有PPP和PPPoE。

按传输介质分类,计算机网络分为由同轴电缆、双绞线或光纤来连接的有线网,和采用无线通信技术实现的无线网。

按网络传输技术分类,计算机网络可分为普通电信网、数字数据网、虚拟专用网、微波扩频通信网和卫星通信网。

按网络的使用性质分类:公用网和专用网。

按网络覆盖范围分,计算机网络分为个人区域网PAN、局域网LAN、城域网Man、广域网Wan和互联网internet

  其中,局域网一般都是专用网,其通常被某个单位所拥有,非本单位的人一般都无法使用本单位安装的局域网;由于广域网覆盖的地理范围广,可向更多的用户提供服务,因此电信公司建造的公用网都是广域网。

  事实上,网络类型的划分在实际组网中并不重要,重要的是组建的网络系统从功能、速度、操作系统、应用软件等方面能否满足实际工作的需要;是否能在较长时间内保持相对的先进性;能否为该部门(系统)带来全新的管理理念、管理方法、社会效益和经济效益等。


注:

  互联网,因特网和万维网之间的关系:互联网包含因特网,因特网包含万维网。

  互联网(internet):不论使用何种技术,凡是由能彼此通信的设备组成的网络都属于互联网。

  因特网(Internet):因特网是由诞生于美国的“阿帕网”(ARPAnet)发展而成的一个覆盖五大洲150多个国家的开放型全球计算机网络系统,是互联网的一种。

  该网络基于TCP/IP协议实现。判断自己是否接入的是因特网,首先是看自己电脑是否安装了TCP/IP协议,其次看是否拥有一个公网地址(所谓公网地址,就是所有私网地址以外的地址)。因特网提供的服务一般包括有:www(万维网)服务、电子邮件服务(outlook)、远程登录(QQ)服务、文件传输(FTP)服务、网络电话等等。

  万维网(WWW):万维网也就是环球信息网,亦简称为Web。万维网是因特网提供服务中的一种。

  万维网是一个由许多互相链接的超文本组成的系统,通过互联网访问。在这个系统中,每个有用的事物,称为一样“资源”;并且由一个全局“统一资源标识符”(URI)标识;这些资源通过超文本传输协议(HTTP,Hypertext Transfer Protocol)传送给用户,而后者通过点击链接来获得资源。

  以太网(Ethernet):它不是一种具体的网络,是一种技术规范。该标准定义了在局域网(LAN)中采用的电缆类型和信号处理方法。

  以太网是由罗伯特·梅特卡夫在Xerox公司发明并由Xerox、Intel和DEC公司联合开发的基带局域网规范,是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。标准以太网络使用CSMA/CD(载波监听多路访问及冲突检测)技术,并以10M/S的速率运行在多种类型的电缆上。

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