1.4.1　计算机网络简述

计算机网络，是指分布在不同地理位置上的具有独立功能的一群计算机，通过通信设备和通信线路相互连接起来，在通信软件的支持下实现数据传输和资源共享的系统。

1.计算机网络的功能

计算机网络的功能主要表现在以下几个方面：

（1）资源共享。资源共享包括硬件资源、软件资源和数据资源的共享，网络中的用户能在各自的位置上部分或全部地共享网络中的硬件、软件和数据，如绘图仪、激光打印机、大容量的外部存储器等，从而提高了网络的经济性。软件或数据的共享避免了软件建设的重复劳动和重复投资，以及数据的重复存储，也便于集中管理。通过Internet可以检索许多联机数据库，查看到世界上许多著名图书馆的馆藏书目等，就是数据资源共享的一个例子。

（2）信息传输。信息传输是计算机网络的基本功能之一。在网络中，通过通信线路可实现主机与主机、主机与终端之间各种信息的快速传输，使分布在各地的用户信息得到统一集中的控制和管理。例如，人们可以在自己的计算机上把电子邮件（E-mail）发送到世界各地，这些邮件可以是票据、账单、信函、公文等，内容可包括语音、图像等多媒体信息；在商业活动中，可以利用电子数据交换（EDI）功能，实现“无纸贸易”的各种电子商务活动。

（3）分布处理。通过计算机网络，可以把一项大型的任务划分成若干部分，并分散到不同的计算机上处理，同时运作，共同完成，从而使整个系统的效能大为提高。

当网络中某一计算机负荷较重时，可将新的作业转给网络中其他较空闲的计算机去处理，以减少用户的等待时间，使各计算机的负担均衡。

（4）综合信息服务。通过计算机网络可以向全社会提供各种经济信息、科技情报和社会服务信息，也可以提供咨询服务。例如，利用Internet上的WWW（全球信息网，World Wide Web）可以获取世界各地的信息资源；ISDN（综合业务数字网，Integrated Services Digital Network）就是将多种办公设备（如电话、传真机、电视机、复印机等）纳入计算机网络，以提供数字、语音、图形、图像等多种信息的传输，ISDN还提供诸如电视电话、电视会议、交互式可视终端等新型通信业务服务。

2.计算机网络的分类

根据组成计算机网络的地理范围大小的不同，计算机网络可分为广域网（Wide Area Network，WAN）、城域网（Metropolitan Area Network，MAN）和局域网（Local Area Network，LAN）三种。

广域网（WAN）又称远程网，组成网络的各计算机之间地理分布范围广，组网费用高，一般利用一些公用的传输网络来组成。广域网的作用范围通常为几十千米到几千千米，常用于一个国家范围或更大范围内的信息交换，能实现较大范围内的资源共享和信息传送。由于广域网通常借用传统的公共通信网（如电话网），因此造成数据传输率较低，响应时间较长。

局域网（LAN）又称局部网，组成网络的各计算机地理分布范围较窄，例如把一个实验室、一座楼、一个大院、一个单位或部门的多台计算机连接成一个计算机网络，联网的计算机之间的距离一般在几米至几千米范围内。局域网通常采用专用电缆（如同轴电缆、双绞线、光纤等）连接，有较高的数据传输速率。

城域网（MAN）又称都市网，其作用范围在广域网和局域网之间，它是将现有的局域网互相连接起来，使之成为规模较大的、适用于大都市使用的网络。

按网络的使用范围来划分，可将计算机网络分为公用网和专用网两种类型。公用网是由国家电信部门组建、控制和管理，为全社会提供服务的公共数据网络，凡是愿意按规定缴纳费用的用户都可以使用。专用网则是某部门或公司组建、控制和管理，为特殊业务需要而组建的，不允许其他部门或单位使用的网络。

计算机网络的另一种重要分类方法，就是按网络的拓扑结构来划分网络的类型。网络的基本拓扑结构有星形结构、环形结构、总线形结构、树形结构和网状形结构。

3.OSI参考模型

国际标准化组织（ISO）于1984年公布了开放系统互连参考模型（Open SystemInterconnect，OSI）成为网络体系结构的国际标准。OSI将计算机互联的功能划分成七个层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层次之间的接口及服务，又称七层协议。该模型自下而上的各层分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层及应用层，如图1-4-1所示。

（1）物理层（Physical Layer）

物理层是OSI参考模型的最底层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。它主要关心的是通过物理链路从一个结点向另一个结点传送比特流，物理链路可能是铜线、卫星、微波或其他的通讯媒介。它关心的问题有：多少伏电压代表1？多少伏电压代表0？时钟速率是多少？采用全双工还是半双工传输？总的来说，物理层关心的是链路的机械、电气、功能和规程特性。

（2）数据链路层（Data Link Layer）

数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。

数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。

此外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。

（3）网络层（Network Layer）

网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。

（4）传输层（Transport Layer）

传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。

传输层传送的协议数据单元称为段或报文。

（5）会话层（Session Layer）

会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。

（6）表示层（Presentation Layer）

表示层处理流经结点的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。

（7）应用层（Application Layer）

应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。