第二节 电子商务系统的网络技术基础

电子商务因网络而诞生，伴着网络而成长。随着网络技术的成熟，电子商务的应用也更加广泛。网络平台与网络技术是电子商务应用及发展的技术基础。因此，电子商务的开展，就需要了解和掌握支持电子商务的计算机网络技术。

一、计算机网络概述

所谓计算机网络，就是将分布在不同地理区域的多个具有独立工作能力的计算机系统，通过通信设备和线路连接起来，配备功能完善的网络软件，实现资源共享和数据通信的系统。计算机网络是一个将分散的、具有独立功能的计算机系统，通过通信设备与线路连接起来，由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统。简而言之，计算机网络就是一些互连的、自治的计算机系统的集合。

从定义中可以看出，计算机网络的构成元素：至少两台计算机互连；通信设备与线路介质；网络软件、通信协议和网络操作系统。

在计算机网络发展的不同阶段，人们对计算机网络提出了不同的定义，这些定义反映了当时网络技术发展的水平。

计算机网络的主要功能是实现计算机之间的资源共享、网络通信和对计算机的集中管理。除此之外还有负荷均衡、分布处理和提高系统安全与可靠性等功能。

（1）资源共享。硬件资源包括各种类型的计算机、大容量存储设备、计算机外部设备，如彩色打印机、静电绘图仪等；软件资源包括各种应用软件、工具软件、系统开发所用的支撑软件、语言处理程序、数据库管理系统等；数据资源包括数据库文件、数据库、办公文档资料、企业生产报表等；信道资源是通信信道可以理解为电信号的传输介质，通信信道的共享是计算机网络中最重要的共享资源之一。

（2）网络通信。通信通道可以传输各种类型的信息，包括数据信息和图形、图像、声音、视频流等各种多媒体信息。

（3）分布处理。把要处理的任务分散到各个计算机上运行，而不是集中在一台大型计算机上。这样，不仅可以降低软件设计的复杂性，而且还可以大大提高工作效率和降低成本。

（4）集中管理。计算机在没有联网的条件下，每台计算机都是一个“信息孤岛”。在管理这些计算机时，必须分别管理。而计算机联网后，可以在某个中心位置实现对整个网络的管理。如数据库情报检索系统、交通运输部门的订票系统、军事指挥系统等。

（5）负荷均衡。当网络中某台计算机的任务负荷太重时，通过网络和应用程序的控制和管理，将作业分散到网络中的其他计算机上，由多台计算机共同完成。

计算机网络的基本组成主要有计算机系统、数据通信系统、网络软件及协议三大部分。

（1）计算机系统。主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为两类：主计算机和终端。

主计算机负责数据处理和网络控制，并构成网络的主要资源。主计算机又称为主机，它主要由大型机、中小型机和高档微机组成，网络软件和网络的应用服务程序主要安装在主机中，在局域网中主机称为服务器。

终端在网络中数量大、分布广，是用户进行网络操作、实现“人-机”对话的工具。一台典型的终端看起来很像一台PC，有显示器、键盘和一个串行接口。与PC不同的是终端没有CPU和主存储器。在局域网中，以PC代替了终端，既能作为终端使用又可作为独立的计算机使用，称为工作站。

（2）数据通信系统。主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。

通信控制处理机主要负责主机与网络的信息传输控制，它的主要功能是：线路传输控制、差错检测与恢复、代码转换以及数据帧的装配与拆装等。在以交互式应用为主的局域网中，一般不需要配备通信控制处理机，但需要安装网络适配器，用来担任通信部分的功能。

传输介质是传输数据信号的物理通道，将网络中各种设备连接起来。常用的有线传输有双绞线、同轴电缆、光纤；无线传输介质有无线电微波信号、激光等。

网络互联设备是用来实现网络中各计算机之间的连接、网与网之间的互联、数据信号的变换以及路由选择等功能，主要包括中继器、集线器、调制解调器、网桥、路由器、网关和交换机等。

（3）网络软件及协议。网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及管理和服务软件等。网络软件的任务一是要帮助授权用户方便、安全地访问网络，使用网络资源；二是要管理和调度网络资源，提供网络通信和用户所需的各种网络服务。

网络操作系统（NOS）是网络系统管理和通信控制软件的集合，它负责整个网络的软、硬件资源的管理以及网络通信和任务的调度。目前，常用的计算机网络操作系统有：UNIX、Windows NT、Windows 2000 Server、Netware和Linux等。

网络协议是实现计算机之间、网络之间相互识别并正确进行通信的一组标准和规则，它是计算机网络工作的基础。在Internet上传送的每个消息至少通过三层协议。

（1）网络协议（Network Protocol）：它负责将消息从一个地方传送到另一个地方；

（2）传输协议（Transport Protocol）：它管理被传送内容的完整性；

（3）应用程序协议（Application Protocol）：作为对通过网络应用程序发出的一个请求的应答，它将传输的信息转换成人类能识别的形态。

在网络应用范围越来越广泛的今天，各种各样的网络越来越多。对网络进行分类，使读者对现有的网络有一个清晰、整体的把握。正如对人进行分类，采取不同的分类标准就有不同的分类方案，如按照肤色分为黄种人、白种人、黑种人和棕种人，按照性别分为男人和女人等。对计算机网络，采用不同的分类方案也会得到不同的分类结果。

按照计算机网络的地理覆盖范围，可分为局域网、城域网和广域网。按照网络构成的拓扑结构，可分为总线型、星形、环形和树形等。按照网络服务的提供方式，可分为对等网络、服务器网络。按照介质访问协议，可分为以太网、令牌环网、令牌总线网。

局域网地理范围在10km以内，属于一个部门、一个单位或一个组织所有。例如，一个企业、一所学校、一幢大楼、一间实验室等。这种网络往往不对外提供公共服务，其管理方便，安全保密性好。局域网组建方便，投资少，见效快，使用灵活，是计算机网络中发展最快、应用最普遍的计算机网络。与广域网相比，局域网传输速率快，通常在 100Mb/s 以上；误码率低，通常在10-11～10-8。

广域网地理范围在几十千米到几万千米，小到一个城市、一个地区，大到一个国家、几个国家、全世界。因特网就是典型的广域网，提供大范围的公共服务。与局域网相比，广域网投资大，安全保密性能差，传输速率慢，通常为64kb/s、2Mb/s、10Mb/s，误码率较高：10-7～10-6。

城域网介于局域网与广域网之间，地理范围从几十千米到上百千米，覆盖一座城市或一个地区。在计算机网络的体系结构和国际标准中，专门有针对城域网的内容，作为分类需要提出。但城域网没有自己独特的特点。后面在介绍计算机网络时，将只讨论局域网和广域网，不再讨论城域网。从这个意义上说，也可以把网络划分为局域网和广域网两大类。

拓扑结构是数学上的一个名词，从英文Topology音译而来。拓扑学是数学中一个重要的、基础性的分支。它最初是几何学的一个分支，主要研究几何图形在连续变形下保持不变的性质，现在已成为研究连续性现象的重要数学分支。计算机网络的拓扑结构是指网络传输介质和节点的连接形式，即线路构成的几何形状。

计算机网络的拓扑结构通常有 3 种，即总线型、环形和星形。应当说明的是，这3种形状是指逻辑结构，实际铺设线路时可能与画的形状完全不同。

总线型的网络是一种典型的共享传输介质的网络。总线型局域网结构从信源发送的信息传送到介质长度所及之处，并被其他所有站点看到。如果有两个以上的节点同时发送数据，就会造成冲突，就像公路上的车祸一样。

连入环形网络的计算机也由一个硬件接口入网，这些接口首尾相连形成一条链路，信息传送也是广播式的，沿着一个方向（如逆时针方向）单向逐点传送。

星形结构由一个中央节点和周围的从节点组成。中央节点可与从节点直接通信，而从节点之间必须经过中央节点转接才能通信。中央节点有两类：一类是一台功能很强的计算机，它既是一台信息处理的独立计算机，又是一台信息转接中心，早期的计算机网络多采用这种类型；另一类中央节点并不是一台计算机，而是一台网络转接或交换设备，如交换机（Switch）或集线器（Hub），近期的星形网络拓扑结构都是采用这种类型，由一台计算机作为中央节点已经很少采用。一个比较大的网络往往采用几个星形组合成扩展星形的网络。实际的网络拓扑结构，可能是总线型、环形、星形；也可能是这 3 种结构的组合，如总线型加星形，星形加星形，环形加总线型，环形加星形等。

二、计算机网络协议

网络协议是计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或者说约定的集合。计算机网络协议同我们的语言一样，多种多样。

为了给网络协议的设计提供一个结构，网络设计者以分层的方式组织协议。一个协议层能够用软件、硬件或者两者的结合来实现。例如，HTTP 和 SMTP这样的应用层协议几乎总是在端系统中用软件实现的，传输层协议也是如此。因为物理层和数据链路层负责处理跨越特定链路的通信，它们通常是实现在与给定的链路相联系的网络接口卡中。网络层通常是硬件和软件实现的混合体。

应用层是网络应用程序以及它们的应用层协议存留的地方。因特网应用层包括许多协议，例如HTTP、SMTP和FTP等。再例如我们每天都在使用的DNS 域名系统。应用层协议分布在多个端系统上，一个端系统中的应用程序使用协议与另外一个端系统中的应用程序交换信息的分组。我们把位于应用层的信息分组称为报文。

因特网的传输层在应用程序端点之间传送应用层报文。在因特网中，有TCP和UDP两个传输层协议。TCP向它的应用程序提供了面向连接的服务，这种服务包括了应用层报文向目的地的确保传递和流量控制。TCP 也将长报文划分成短报文，并提供拥塞控制机制，因此，当网络拥塞时，发送方可以抑制其传输速率。UDP 协议向它的应用程序提供无连接服务。这是一种不提供不必要服务的服务，没有可靠性，没有流量控制，也没有拥塞控制。我们把传输层分组称为报文段。

因特网的网络层负责将称为数据报的网络层分组从一台主机移动到另一台主机。在源主机中的因特网传输层协议（TCP或者UDP）向网络层递交传输层报文段和目的地址。

网络层包括著名的IP协议，该协议定义了在数据报中的各个字段以及端系统和路由器如何作用于这些字段。网络层也包括决定路由的路由选择协议，它使得数据报根据该路由从源传输到目的地。

网络层通过源和目的地之间的一系列路由器路由数据报，为了将分组从一个节点移动到路径的下一个节点，网络层必须依靠链路层的服务。特别是在每个节点，网络层将数据报下传给链路层，链路层沿着路径将数据报传递给下一个节点，在下一个节点，链路层将数据报上传给网络层。由链路层提供的服务取决于应用于该链路的特定的链路层协议，例如我们常见的以太网，WiFi等。

因为数据报从源到目的地传送通常要经过几条链路，一个数据报可能被沿途不同链路上的不同链路层协议处理。例如，一个数据报可能被一段链路上的以太网和下一段链路上的 PPP 处理。网络层将得到来自每个不同链路的链路层协议的服务。我们把链路层分组称为帧。

链路层的任务是将整个帧从一个网络元素移动到邻近的网络元素，而物理层的任务是将该帧中的一个一个比特从一个节点移动到下一个节点。物理层的协议是和链路相关的，并且进一步与该链路的实际传输媒体相关。例如，以太网具有许多物理层协议：一个是关于双绞铜线的，另一个是关于同轴电缆的，还有是关于光纤的等。

路由器和链路层交换机都是分组交换机，它们不实现协议栈中的所有层次，链路层交换机实现了第一层和第二层；路由器实现了第一层到第三层。这意味着，路由器能够实现IP协议（第三层协议），而链路层交换机则不能，于是链路层交换机不能识别 IP 地址，但是能够识别第二层地址，例如 MAC地址。但是，因特网中的所有主机都实现了所有5个层次的协议。

在发送主机端，一个应用层报文被传送给传输层。传输层收到报文之后，在报文上附上附加信息，即所谓的传输层首部信息，该首部信息将被接收端的传输层使用。应用层报文和传输层首部信息一起构成了传输层报文段，传输层报文段因此封装了应用层报文。

传输层则向网络层传递该报文段，网络层增加了网络层首部信息，例如源和目的端系统的地址等，由此产生了网络层数据报。该数据报接下来被传递给链路层，链路层增加它自己的链路层首部信息，创建了链路层帧。

所以，我们看到在每一层，一个分组都具有两种类型的字段：首部字段和有效载荷字段。而有效载荷即来自上一层的分组。事实上，发送端就是对应用层数据一层一层加头的过程，到接收端后，接收端再一层一层去掉头部信息，然后交给对应的应用程序。