6.1 计算机网络概述

 

计算机网络诞生于20世纪50年代，随着计算机的普及，计算机网络也逐渐应用在各种工作环境中。计算机网络是为了实现资源共享和信息交换，通过一定的连接媒介和连接设备以及相应的计算机硬件系统和软件系统，将相同地域或不同地域的多台计算机连接在一起形成的综合系统。

本章主要内容

&        计算机网络概述

&        Internet基础

&        Internet Explorer的使用

&        电子邮件

6.1  计算机网络概述

计算机网络，是指利用各种传输介质和设备连接在一起的若干计算机。网络将数台乃至数以千万计的计算机连接起来，实现彼此之间的通信与数据传递。不同的传输介质、不同的网络设备、不同的拓扑结构、不同的数据传输和控制方式，都可用于构建各具特点的不同类型的网络，用于满足特定的用户需求和应用环境。

6.1.1  计算机网络的定义和发展过程

计算机网络是计算机技术和通信技术相融合的产物，它们之间相互渗透、相互促进，通信网络为计算机网络提供了信息传输的通道，而计算机网络技术促进了通信技术的发展。

20世纪50年代，最初是以单计算机为中心的远程联机系统，称为第一代计算机网络。这是一种面向终端的计算机网络，用户端不具备数据的存储和处理能力。

20世纪60年代中期，出现了面向终端的多机系统，标志着计算机网络的兴起，称为第二代计算机网络。用户不仅可以共享主机的资源，而且还可以共享网络中其他用户的软、硬件资源。第二代计算机网络的工作方式一直延续到了现在。如今的计算机网络，尤其是中小型局域网很注重整合网络中的各种资源，以扩大系统资源的共享范围。

20世纪70年代中期，开始实现将不同厂家生产的计算机互连成网，建立了局域网。1977年前后，国际标准化组织成立了一个专门机构，提出了一个各种计算机能够在世界范围内互连成网的标准框架，即著名的开放系统互连基本参考模型OSI/RM（Open System Interconnection/Recommended Mode），简称OSI。OSI模型的提出，为计算机网络技术的发展开创了一个新纪元。现在的计算机网络便是以OSI为标准进行工作的。

20世纪90年代以来，随着数字通信和多媒体技术的产生和发展，计算机网络也开始向综合化和高速化发展。

6.1.2  计算机网络的基本概念

计算机网络没有严格的和统一的定义，随着计算机网络技术的发展，关于计算机网络的定义也不断发展与完善。目前，比较认同的计算机网络的定义为：利用通信设备和通信线路将分布在不同地理位置的具有独立和自主功能的计算机、终端及其附属设备连接起来，并配置网络软件（网络通信协议、网络操作系统等）以实现信息交换和资源共享的一个复合系统。

6.1.3  计算机网络的分类

1．按照网络覆盖的地理范围分类

按照网络覆盖的地理范围分类，可将计算机网分为局域网、城域网和广域网。

（1）局域网。

局域网也可称局域网络（Local Area Networks，LAN），是指将某一相对狭小区域内的计算机，按照某种网络结构相互连接起来形成的计算机集群。在该集群中的计算机之间，可以实现彼此之间的数据通信、文件传递和资源共享（如图6-1所示）。在局域网中，相互连接的计算机相对集中于某一区域，而且这些计算机往往都属于同一个部门或同一个单位管辖。

图6-1  局域网

（2）城域网。

城域网也可称城域网络（Metropolitan Area Network，MAN），是指利用光纤作为主干，将位于同一城市内的所有主要局域网络高速连接在一起而形成的网络，如图6-2所示。实际上，城域网是一个局域网的扩展。也就是说，城域网的范围不再局限于一个部门或一个单位，而是整个的一座城市，能实现同城各单位和部门之间的高速连接，以达到信息传递和资源共享的目的。

图6-2  城域网

（3）广域网。

广域网也可称广域网络（Wide Area Network，WAN），是指将处于一个相对广泛区域内的计算机及其他设备，通过公共电信设施相互连接，从而实现信息交换和资源共享，如图6-3所示。

图6-3  广域网

广域网的覆盖范围比城域网更大，是局域网在更大空间中的延伸，是利用公共通信设施（如电信局的专用通信线路或通信卫星），将相距数百、甚至数千公里的局域网或计算机连接起来构建而成的网络。其范围已不再仅仅局限于某一特定的区域，而是可以在地理上分布得很广的、数量庞大的局域网或计算机。它不仅可以跨越城市、跨越省份，甚至可以跨越国度。因此，有人将广域网称为“网间网”。广域网的作用也正是连接了众多的局域网，从而使得相距遥远的人们也可以方便地共享对方的信息和资源。

2．按网络的拓扑结构分类

按网络的拓扑结构，可以将网络分为总线型网络、星型网络、环型网络和混合型网络。

网络拓扑就是指局域网络中各节点间相互连接的方式，也就是网络中计算机之间如何相互连接的问题。构成局域网络的拓扑结构有很多种，其中最基本的拓扑结构为总线型、星型、树型和网状拓扑。拓扑结构的选择往往与通信介质的选择和介质访问控制方法的确定紧密相关，并决定着对网络设备的选择。

（1）总线型拓扑。

在总线型拓扑中，网络上的所有计算机都是直接连接到同一条电缆上的，就好像是在同一条公路上行驶的汽车，所以英文称其为Bus，如图6-4所示。

图6-4  总线型拓扑

在总线型拓扑结构的网络中，一条电缆所能提供的带宽是非常有限的。因此主电缆上每加入一个新的节点，就会吸收一部分信号。当节点增加到一定数量后，电子脉冲的强度会变得非常微弱，误码率就会大大增加。一般情况下，每条以太网主电缆仅能支持30台计算机。当网络中的计算机超过这个数量时，就必须增加中继设备，用于增强电信号，从而使网段内可容纳的计算机数量增大。

（2）环型拓扑。

环型网络是将网络中的各节点通过通信介质连成一个封闭的环形，并且所有节点的网络接口卡作为中继器。环型网络中没有起点和终点，一般通过令牌来传递数据，各种信息在环路上以一定的方向流动，每个节点转发网络上的任意信号但不考虑目的地。目的站识别信号地址并将它保存到本地缓存器中，直到重新回到源站，才停止传输过程。

局域网一般不采用环型物理拓扑结构。环型拓扑适用于星型结构无法适用的、跨越较大地理范围的网络，因为一条环可以连接一个城市的几个地点，甚至可以连接跨省的几个城市，因此，环型拓扑更适用于广域网。

环型网络也存在一些缺点，例如环路中一台计算机发生路障会影响到整个网络，重新配置新网络时会干扰正常的工作，不便于扩充。

光纤分布式数据接口（FDDI）和IEEE MAN（城域网）标准使用双环。如果在某个位置上电缆被切断，就发生一个回送（loop-back），到达断点的信号向相反方向上重新发送，从而保障网络畅通。

（3）星型拓扑。

在星型拓扑结构的网络中，所有的计算机都通过各自独立的电缆直接连接至中央集线设备。如集线器位于网络的中心位置，网络中的计算机都从这一中心点辐射出来，如同星星放射出的光芒（如图6-5所示）。如今大部分网络都采用星型拓扑结构，或者是由星型拓扑延伸出来的树状拓扑。

图6-5  星型拓扑

由于星型拓扑具有较高的稳定性，网络扩展简单，并且可以实现较高的数据传输速率，因此，深受网络工程师的青睐，被广泛应用于各种规模和类型的局域网络。

（4）混合拓扑。

所谓混合拓扑，是指一个网络中使用了多种拓扑结构，并将这些拓扑结构的优点结合在一起而形成的网络。最常见的就是星型环和星型总线拓扑。

星型环拓扑是星型拓扑和环型拓扑相结合的方式。在星型环拓扑网络中，通过交换机将其他集线器或交换机连接成星型，各集线设备再连接到一台主交换机上，使得各计算机也形成一个环，相互之间都可以通信，如图6-6所示。

在星型总线拓扑中，各计算机通过集线设备形成一个星型网络，再通过总线主干线将集线设备连接起来，如图6-7所示。

      

图6-6  星型环拓扑                          图6-7  星型总线拓扑

3．按传输介质是否有线分类

按传输介质是否有线分类，可以将网络分为有线网络和无线网络。

（1）有线网络。

有线网络就是采用线缆（如同轴电缆、双绞线、光纤等）作为传输介质，实现计算机之间数据通信的网络。现在，绝大多数网络都是有线网络。

（2）无线网络。

无线网络（Wireless Local Area Network，WLAN），顾名思义，就是采用无线通信技术代替传统电缆，提供传统有线网络功能的网络。无线网络作为一种方便且简单的接入方式，随着其价格的不断下降，也越来越受到人们的青睐。当接入无线网络的计算机彼此之间相距较近时，可以像对讲机一样，仅靠一块内置的无线网卡，即可实现彼此之间的通信和连接。当计算机彼此之间的距离较远时，就像手机之间的通信必须借助于基站一样，也需要通过访问点（Access Point，AP）才能进行连接。借助于AP，无线网络还可实现与有线局域网络的连接。

6.1.4  计算机网络的体系结构与OSI模型

要想让两台计算机进行通信，必须是它们采用相同的信息交换规则。我们把在计算机网络中用于规定信息的格式以及如何发送和接收信息的一套规则称为网络协议或通信协议。

网络协议是计算机网络的核心问题，是计算机网络中最基本的概念之一。

为了减少网络设计的复杂性，绝大数网络采用分层设计方法。所谓分层设计，就是按照信息的流动过程将网络的整体功能分解为一个个的功能层，不同机器上的同等功能层之间采用相同的协议，同一机器上的相邻功能层之间通过接口进行信息传递。

开放系统互连（Open System Internet，OSI）模型，是由国际标准化组织（ISO）为实现世界范围的计算机系统之间的通信而制定的标准框架。虽然其缺乏工业界的认同，但是，绝大多数公司在他们的产品中所实现的协议，却是以该模型为基础而建立的。因此，研究OSI模型仍具有相当重要的意义。

OSI构造了顺序式的7层模型，即物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。不同系统同等层之间按相应协议进行通信，同一系统不同层之间通过接口进行通信。其通信过程为将通信数据交给下一层处理，下一层对数据加上若干控制位后再交给它的下一层处理，最终由物理层传递到对方系统物理层，再逐层向上传递，从而实现对等层之间的逻辑通信。一般用户由最上层的应用层提供服务。

OSI模型将数据从一个站点传送至另一个站点的工作，分割成7个不同的任务。这些任务按层进行管理，即分为7层，每个层都对包进行封装和解封，每一层都包含了不同的网络设备和网络协议。

把网络分成7层具有以下意义：

（1）简化相关的网络操作。

（2）提供即插即用的兼容性和不同厂商之间集成的标准接口。

（3）使工程师们能专注于设计和优化不同网络互连设备的互操作性。

（4）防止一个区域的网络变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速地升级。

（5）把复杂的网络连接问题分解成几个简单的小问题，易于学习和操作。