1.2 计算机网络的组成与功能

1.2.1 计算机网络的组成

计算机网络是一个复杂的集成系统。计算机网络的组成根据应用范围、结构、目的、规模，以及所采用的技术不同而不尽相同。但计算机网络都必须包括硬件和软件两大部分。网络硬件提供的是数据处理、数据传输和建立通信通道的物质基础，而网络软件是真正控制数据通信的。软件的各种网络功能需依赖于硬件去完成，二者缺一不可。计算机网络的基本组成主要包括如下四部分，常称为计算机网络的四大要素。

1. 计算机系统

建立两台以上具有独立功能的计算机系统是组成计算机网络的第一个要素。计算机系统是计算机网络的重要组成部分，是计算机网络不可缺少的硬件元素。计算机网络连接的计算机可以是巨型机、大型机、小型机、工作站或微机，以及笔记本电脑或其他数据终端设备（如终端服务器）等。

计算机系统是网络的基本模块，是被连接的对象。它的主要作用是负责数据信息的传播、收集、处理、存储和提供资源共享。在网络上可共享的资源包括硬件资源（如高性能外围设备、巨型计算机、大容量磁盘矩阵等）、软件资源（如各种应用程序、软件系统、数据库系统等）和信息资源。

2. 通信线路和通信设备

计算机网络的硬件部分除了计算机本身以外，还要有用于连接这些计算机的通信线路和通信设备，即数据通信系统。通信线路分有线通信线路和无线通信线路。有线通信线路指的是传输介质及其介质连接部件，包括光纤、同轴电缆、双绞线等；无线通信线路是指以无线电波、微波、红外线和激光等无线传输介质及其介质连接器件作为通信线路。通信设备是指网络连接设备、网络互联设备，包括网卡、集线器（Hub）、中继器（Repeater）、交换机（Switch）、网桥（Bridge）和路由器（Router）以及调制解调器（Modem）等通信设备。使用通信线路和通信设备将计算机互联起来，在计算机之间建立一条物理信道，以传输数据。通信线路和通信设备负责控制数据的发出、传送、接收或转发，包括信号转换、路由选择、编码与解码、差错校验、通信控制管理等，以完成信息交换。通信线路和通信设备是连接计算机系统的桥梁，是数据传输的通道。

3. 网络协议

协议是指通信双方必须共同遵守的约定和通信规则，例如TCP/IP协议、NetBEUI协议、IPX/SPX协议。它是通信双方关于通信如何进行所达成的协议。例如，用什么样的格式表达数据、如何组织和传输数据、如何校验和纠正信息传输中的错误，以及传输信息的时序组织与控制机制等。现代网络都是层次结构，协议规定了层次间的关系、分层的原则、执行信息传递过程的方向、分解与重组等约定。在网络上通信的双方必须遵守相同的协议，才能正确地交流信息，就像人们谈话要用同一种语言一样，如果谈话时使用不同的语言，就会造成相互间无法沟通的问题，那么将无法进行交流。因此，协议在计算机网络中是至关重要的。

提示：协议的实现是由软件和硬件分别或配合完成的，有的部分由联网设备来承担。

4. 网络软件

网络软件是一种在网络环境下使用和运行或者控制和管理网络工作的计算机软件。根据软件的功能，计算机网络软件可以分为网络系统软件和网络应用软件两大类型。

（1）网络系统软件

网络系统软件是控制和管理网络运行、分配和管理共享资源、提供网络通信的网络软件。它包括网络操作系统、网络协议软件、通信控制软件和管理软件等。

网络操作系统（Network Operating System，NOS）是指能够对局域网范围内的资源进行统一调度和管理的系统程序。它是计算机网络软件的核心程序，是网络软件系统的基础。

网络协议软件是实现各种网络协议的软件。它是网络软件中最重要的核心部分，任何网络软件都要通过协议软件才能发生作用。

（2）网络应用软件

网络应用软件是指为某一个应用目的而开发的网络软件（如电子图书馆软件、远程教学软件、Internet信息服务软件等）。网络应用软件为用户提供访问网络的手段、网络服务、资源共享和信息传输等服务。

1.2.2 计算机网络的功能

计算机网络有很多用处，其主要功能有数据通信、资源共享、分布处理、提高兼容性和安全性。

1. 数据通信

数据通信是计算机网络最基本的功能。它用来快速传送计算机与终端、计算机与计算机之间的各种信息，包括文字信息、新闻消息、咨询信息、图片资料、报纸版面等。利用这一特点，可实现将分散在各个地区的单位或部门的终端或计算机用计算机网络联系起来，进行统一的调配、控制和管理，而且具有组网灵活、传输效率高、通信费用低、管理方便、应用系统开发难度低等诸多优点。

2. 资源共享

计算机网络的资源共享主要表现在硬件资源共享、软件资源共享和用户间信息交换三个方面。

（1）硬件资源共享：可以在全网范围内提供对存储资源、输入输出资源、处理资源等昂贵设备的共享服务，例如大型绘图仪、巨型计算机、具有特殊功能的处理部件、高分辨率的激光打印机，以及大容量的外部存储器等。

（2）软件资源共享：可以让互联网上的用户远程访问各类大型数据库；可以通过网络下载某些软件到本地计算机上使用；可以在网络环境下访问一些安装在服务器上的公用网络软件；还可以通过网络登录到远程计算机上，使用该计算机上的软件。

（3）用户间信息交换：可以让计算机网络为分布在各地的用户提供强有力的通信手段。用户可以通过计算机网络发布新闻消息、发送电子邮件和进行电子商务活动等。

3. 分布处理

当某台计算机负担过重时，或该计算机正在处理某项工作时，网络可将新任务转交给相对空闲的计算机来完成。这样处理能均衡网络中各计算机的负载，提高处理问题的实时性。对大型的综合性的问题，可将问题分割成若干部分，将各部分交给不同的计算机分头处理，充分利用网络资源，以扩大计算机的处理能力，即增强实用性。对解决复杂问题来讲，可以将多台计算机联合使用并构成高性能的计算机网络，这种协同工作、并行处理的计算机网络要比单独购置高性能的大型计算机便宜得多。

4. 提高兼容性和安全性

网络在建设过程中一般都备有对各种类型计算机及不同厂家设备的网络接口，从而使网络可以适应将来新技术的发展，同时也可以兼容多种网络设备和软件，不断地扩展系统性能和提高处理能力。同时利用软件或物理手段进行权限限制的服务器，也可达到数据和程序的安全性目的。这在很大程度上保证了网络的安全性。

可以预见，未来人们的通信活动、信息传输以及各种应用系统都将在计算机网络中进行。