计算机网络基础知识

上海交通大学计算机系  孙德文教授
1996-02-02

        ●计算机网络的定义和功能：
        所谓计算机网络是指在通信协议的控制下，通过通信系统互连起来的、在地理上分散布置的、独立自治的计算机的集合。这里强调三点：一是地理上分散，如果中央处理机之间的距离非常近，譬如在1M之内，则不称为计算机网络，而是多处理机系统；二是独立自治，这是指构成计算机网络的各计算机之间无明显的主从关系，各计算机具有自治功能；三是通信协议，为了使网内各计算机之间的通信可靠有效，通信双方必须共同遵守的规则和约定称为通信协议，计算机网络与一般计算机互连系统的区别就在于有无通信协议的作用。
        计算机网络的主要功能可归纳为二：
        ■一是资源共享，这里所指的资源包括硬件资源和软件资源。硬件资源如具有特殊功能的高性能的处理部件，高性能的输入、输出设备(高分辨的激光打印机、绘图仪等)以及大容量的辅助存储设备(如磁带机、大容量硬盘驱动器等)。软件资源如软件和数据。有了计算机网络可以使连在网上、分散在各处的计算机能共享连在网上的所有资源。
        ■二是提供了强有力的通信手段，计算机网络的出现使连在网上、分散在各处的计算机之间实现数据信息的快速传输和信息的集中或分散处理。
        从不同的角度出发，计算机网络有不同的分类方法。通常从网络作用的范围(即网内计算机之间互连的距离)来看，可分为局域LAN(Local Area Network)、域域MAN(Metroplitan Area Netword)和广域网WAN(Wide Area Network)。局域网LAN__规模较小，地理范围通常仅在一幢建筑物内或在一个单位(企业、公司或校园)内，通信线路一般在几公里至十公里，特点是组建方便、使用灵活、数据传输速率通常在几个Mbps(兆比特/秒，每秒106二进制位)以上，可高达几十Mbps。广域网WAN__通常作用范围为几百到几千公里，甚至全球范围，可以把多个LAN或MAN连接起来，数据传输速率一般为几百到几万bps。域域网MAN__通常作用范围在几十公里到上百公里，可覆盖一个地区或城市。此外，还可以从网络的拓补结构和信息传输方式等几方面来进行分类，将在以后几讲中讲述。
        
        ●计算机网络的组成：
        计算机网络有三个部分组成，即资源子网、通信子网和通信协议。一个典型的计算机网络的组成简图如附图所示。
        图中H为主机，是用户要入网的计算机，它为本地用户和网上其它用户共享本机资源提供必要的通信软件和开放的网络服务环境，是一种主要的网络资源。CCP(Communication Control Processor)为通信控制处理机，又称CP(通信处理机)，是一种处理通信控制功能的专用计算机，主要任务是，负责分组的存储、转发以及选择合适的路由，分组(Packet)是计算机网络中传送信息的一种单位，用户传送的报文按通信协议规定可分为一个个等长的分组。路由即通信路径。C为集中器，通过集中器可以利用一条高速通信线路使多个网络用户入网。T为终端，是用户访问网络的直接界面，终端入网有两种入网方式，一种是作为主机的终端配置，通过主机入网，另一种是利用PAD(Packet Assemnbler Disassember,分组组装拆卸器)直接入网，PAD对终端输入输出的字符组进行组装和拆卸，使其能按网络的通信协议要求在网络内传输。
        通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，见图3中虚线框内的部分。通信子网中的CCP作为网络结点(node)，两个结点之间的一条通信是双绞线、同轴电缆、无线电通信、微波、光导纤维等。通信子网的主要功能有2：
        ■一是数据转接，将发送端主机的信息通过各结点机(CCP)的“存储__转发”，按指定的传输路线传输到接收端主机，即实现信息运输服务。
        ■二是提供用户入网接口，提供用户端主机入网的手段和方式。
        资源子网是计算机网络中面向网络用户的部分，见图3中虚线框外的部分。资源子网负责全网络面向应用的数据处理工作，以实现最大限度地共享全网资源为目标。资源子网的主体是连入计算机网络内的所有主计算机，以及这些计算机所拥有的面向用户端的外部设备、软件，以及可供共享的数据__如公共数据库等。硬件方面，这些主机通过通道部件、输入输出机中前端处理机同通信子网相连；依靠通信控制器可与多条通信线路相连，以驱动多台终端设备。软件方面，包括通信软件和网络软件。通信软件即通信控制程序，是支持与各类终端、远程作业站或其它子系统进行通信的程序系统。网络软件主要是执行计算机通信协议的程序系统。
        最后要指出的是，对于局域网，大多不采用通信子网和用户资源子网分工的组网方式，而是使用一个统一的全网服务工作站，所有通信服务都由工作站处理，每个入网的主机通过一个网络接口设备接入网络
        
        ●计算机网络通信传输介质：
        传输介质是通信子网中发送方与接收方之间的物理通路，是组成计算机网络的基本元素之一。
        常用的传输介质有：双绞线电缆(无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线)、同轴电缆、光缆和无线介质。
        无屏蔽双绞线电缆是由多对双绞线(两根具有绝缘保护的铜导线按规则螺旋结构排列而成)和一个塑料外皮构成。一对线可以用作一条通信链路，通常的数据传输率在10Mbps以内，近年内新兴技术的出现，采用无屏蔽双绞线电缆可使数据传输率达100Mbps(在100米内)。无屏蔽双绞线电缆的安装方便，同电话系统相同。
        屏蔽双绞线电缆的内部结构同无屏蔽双绞线，只是在外层包看一层铝箔，具有较高的传输速率，在100米内可达500Mbps。最大使用距离在几百米之内。屏蔽双绞线电缆的安装必须配有支持屏蔽功能的特殊连接器。
        同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体组成。内导体可以是单股实心线，也可以是绞合线。外导体可以是铝箔，也可以是网状线，用于屏蔽辐射和减少电磁干扰。内外导体间用易弯曲的塑料绝缘材料隔开，外导体由绝缘塑料套封装。
        目前用于局域网中的同轴电缆有两类__75欧姆电缆和50欧姆电缆，后者只用于数字信号的传送。同轴电缆又有粗缆与细缆之分。细缆安装较简单，将细缆切新，两头装上BNC连接器，然后接在T型连接器上。粗缆适用于较大型的局域网、传输距离远、可靠性好，但安装时必须配有收发器及收发器电缆，安装难度大。目前，同轴电缆的数据传输率为10Mbps。
        光缆是发展最迅速的网络传输介质，它由一束光导纤维组成。光导纤维是一种极细(50～100UM)的能传导光线的柔软介质，可由超高纯的玻璃纤维和塑料纤维制成。用光折射指数较低的材料做成包层将纤维隔离起来，以防止相邻纤维的相互十扰。外面再有一层坚硬的保护层。光纤可分为单模(只提供一条光通路)和多模(提供多条光通路)。光纤的传输距离仅受波长影响，衰减率极柢，一般使用1.55UM波长光纤，采用相关技术后，可使光纤传输距离达几十公里甚至上百公里。光纤传输的另一特点是无信号泄漏，也不受电磁波干扰影响，是一种极有前途的传输介质。
        无线传输介质是指不使用光或电导体进行电磁信号的传递，由于大气层为大部分无线传输提供物理数据通路，而电磁波都可用来携带信号，所以电磁波也被认为是一种传输介质。通过大气层传输电磁波有三种技术：微波、红外线和激光。这些电磁波都属高频范围，有可能实现很高的数据传输率，这三种技术在发送方和接收方之间都需要有一条视线通路。其中红外线链路有极强的方向性，这种系统不存在窃听、干扰等插入的问题，在几公里范围内可达几个Mbps的数据传输率。而微波系统对环境干扰极不敏感，但存在窃听、干扰等插入的问题。微波可通过卫星传输，实现全球范围的通信。
 
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