作者：冯文新
出版社：电子工业出版社
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计算机网络技术与应用(第2版)试读：
前言
。冯文新 主编周亮 副主编常征 副主编肖博爱 责任编辑关雅莉 other（其他贡献者）李新承 other（其他贡献者）前言根据计算机网络技术发展日新月异的特点，本着“以市场需求为导向，以职业能力为本位，以培养应用型高技能人才为中心”的指导思想，作者结合多年来从事计算机网络教学工作的经验和体会，编写了此书的第1版。
本书出版后，得到了广大读者的肯定，我们根据从教学一线反馈回的意见和知识更新的需要，对本书进行了必要的修订。修订后的第2版更加突出新颖、实用的特点，更利于在各种实训条件下实施教学，实训过程更加详细，容易实施。
第2版增加了以下知识点的介绍：IPv6、蓝牙技术、无线网卡、无线路由、DHCP和DNS的配置、音频视频聊天、木马和流氓软件防杀、网络病毒、安全补丁和360安全卫士的安装与使用。
删去了以下知识点：子网的划分、DDS和ISDN接入、光纤接入、IP电话及网络安全的理论知识。
服务器端仍采用Windows 2000 Server操作系统，客户端则改为Windows XP操作系统；修改了以下知识点：计算机网络的分类、计算机网络的功能和应用、数据通信常识、网络协议、IP地址的分类、交叉线制作、交换机、局域网技术、网络互连、Internet接入方式、IE浏览器和即时通信。
本书仍分为8章，14次实训，总学时数为128学时，其中理论教学为100学时，实训为28学时，以下给出各章参考学时。
本书由郑州工业贸易学校冯文新老师担任主编，负责本书编写大纲的制定，并负责编写第1、2、3章，实训1、2、3、4、5、8；周亮老师负责编写第6、7、8章，实训6、7、9、10、11、12、13、14；常征老师负责编写第4、5章。全书由冯文新老师统稿。
很多读者关注本书，为本书的修订工作提出了宝贵的意见和建议，在此再次表示衷心的感谢。
编 者
2009.11第1章 计算机网络概述
教学目标：
了解计算机网络的发展过程和基本组成。
理解通信子网和资源子网的概念。
掌握计算机网络的分类方法。
了解数据通信的基本术语。
计算机网络是计算机技术和现代通信技术相结合的产物，随着计算机技术和通信技术的迅猛发展，计算机的应用已逐渐渗透到社会发展的各个领域，各种计算机资源的共享、资源的信息化，推动着计算机技术朝着网络化方向发展，网络已成为人们学习、工作和生活不可缺少的伙伴。本章主要介绍计算机网络的基础知识。1.1 计算机网络的产生和发展
计算机网络是通过通信设备、传输介质和网络通信协议，将不同地点的计算机设备连接起来，实现资源共享、数据传输的系统。通俗地说，计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，它可以把多台计算机、终端，利用通信设备和传输介质连接起来，在网络软件的作用下，实现计算机资源共享。
随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络经历了从简单到复杂，从单机到多机的发展过程，其演变过程大致分为以下4个阶段。
1.第一代计算机网络
20世纪50—60年代出现了第一代计算机网络，它的主要特点是一台主机，多个终端。当时计算机的体积庞大，价格昂贵，放置在专用机房中，而通信线路和通信设备相对比较便宜。为了共享计算机强大的资源，将多台具有通信能力而无处理能力的设备与计算机相连，这台计算机称为主机。与计算机相连的设备称为终端，放置在各个需要使用计算机的工作环境下。
共享主机的网络往往由一台主机和若干台终端组成。用户可以不用进入机房，而是在自己的终端上提交任务，由通信线路和相关设备传送到主机，由主机处理执行，然后将结果再返回到输出设备上输出。主机只完成统一控制和任务处理，任务的提交和结果的输出则由相应的终端来完成。单计算机为中心的远程联机系统，如图1.1所示。
第一代计算机网络克服了到专用机房排队等待的不便，提高了计算机的使用效率和系 统资源的利用率。但是由于处理工作全部由主机完成，而主机的处理能力是有限的，因此 会造成主机负荷较重的现象。另外，当时的通信线路和设备质量不高，速率低，限制了整个网络的功能。尽管如此，第一代计算机网络一出现，还是很快就被应用到商业领域。如美国航空的联机售票系统，它能快捷、及时地响应用户的购票要求，给该公司带来了巨大的经济效益。同时，这种网络还应用于美国的国防系统，构建了当时著名的美国空军SAGE半自动化地面防空系统，迈出了军队信息化建设的第一步。图1.1 单计算机为中心的远程联机系统
2.第二代计算机网络
20世纪60—70年代出现了第二代计算机网络。它的主要特点是分散管理，也就是多台主机互连成系统，可以实现计算机与计算机之间的通信，而不仅仅是主机与终端之间的通信。这有点类似于若干个第一代计算机网络的组合。第二代计算机网络以实现更大范围内的资源共享为目的，其典型代表是美国国防部高级研究计划局开发的ARPANET，也就是现代Internet的雏形。
ARPANET将整个计算机网络分成了通信子网和资源子网两部分。
通信子网是指计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合。通信线路、通信设备、网络通信协议和通信控制软件等都属于通信子网，它是网络的内层，负责信息的传输，是网络的重要组成部分。
资源子网是指计算机网络中实现资源共享的设备和软件的集合。主机和终端都属于资源子网。
第二代计算机网络实现了更大范围的资源共享，网络中有多台主机，因此管理相对较分散，不会出现某台主机负荷过重的情况。在这种网络中将信息传输独立出来，开始采用了协议分层的设计思想，为第三代计算机网络的出现奠定了基础。第二代计算机网络带动了网络的世界化建设。从此，计算机网络走向了公用化的道路，成为各国家、各地区的基础建设内容。
3.第三代计算机网络
20 世纪 70 年代末至 90 年代初出现了第三代计算机网络。它的主要特点是标准化、开放化。20世纪70年代出现了个人计算机，随着计算机技术、性能的不断提高，计算机的价格也在不断降低，个人计算机已被越来越多的人所接受，因而普及率在迅速提升。个人计算机开始渗透到社会的各个领域。人们对信息交换和资源共享的需求也越来越强烈，因特网（Internet）的出现使人类社会进入了信息化时代，改变了人类的生活方式，为人们带来前所未有的方便与快捷。为了使不同地方、不同厂家、不同型号的计算机能够实现通信和资源共享，必须有一个统一的网络规范和标准来约束计算机和网络产品的生产厂家，为此国际标准化组织ISO成立了专门的机构，着手制定开放系统互连参考模型，简称OSI。ISO/OSI是现代计算机网络最权威的参考标准，几乎所有的网络产品生产厂商均遵从这一标准生产，从而实现了异构系统之间的互连。
4.第四代计算机网络
20世纪90年代至今，计算机网络的发展更为迅速。随着数字通信技术的发展，计算机网络朝着高速化、综合化、移动化等方向进一步发展。第四代计算机网络的主要特点就是高速、综合、移动。高速化也称为宽带化，是指网络的数据传输速率可达每秒几十至几百兆位；综合化是指将多种业务综合到一个网络中完成；移动化是指利用无线技术，在任何地点、任何时间，都可以随心所欲地实现网络连接，网上购物、视频聊天已不再是幻想。当今时代又称为因特网时代，因特网的应用和发展已经改变了人们的生活、学习和工作方式，计算机网络与人们的关系越来越密切。
5.计算机网络的发展趋势
从网络的发展趋势来看，网络的传输介质由有线技术向无线技术发展，网络上传输的信息向多媒体方向发展，网络系统由局域网向广域网发展。1.2 计算机网络的基本组成
计算机网络是一个非常复杂的系统，从系统组成的角度来说，计算机网络包括硬件系统及软件系统两大部分。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须依赖于硬件去完成，二者缺一不可。从系统功能的角度来讲，一个计算机网络又可分为资源子网和通信子网两大部分。1.2.1 计算机网络的硬件系统
计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。它在结构上分成两个部分：负责数据处理的主机与终端，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；负责数据通信的系统，主要提供各种连接技术和信息交换技术，由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。
1.主机
主机也称主计算机，负责数据处理和网络控制，是构成网络的主要资源。网络中主机可以是大型机、中型机、小型机或微机，它通过高速通信线路与通信控制处理机连接，普通用户终端通过主机连入网内。主机要为本地用户访问网络中其他主机设备与资源提供服务，同时要为网络中远程用户共享本地资源提供服务。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。
2.终端
终端是直接面向用户的交互设备，在网络中数量大、分布广，可以由键盘和显示器组成的简单终端，也可以是微机系统。在局域网中，终端又称为工作站。
3.通信控制处理机
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。
说明
在以交互式应用为主的微机局域网中，一般不需要配备通信控制处理机，但需要安装网络适配器（即网卡），用来担负通信部分的功能。
4.传输介质
网络中的各计算机进行相互通信，需要有传输信息的载体，即网络传输介质，它将网络中各种设备连接起来。传输介质是计算机网络的一个重要组成部分，传输介质的好坏直接影响数据传输的质量。常用的传输介质可分为有线传输介质和无线传输介质两大类。有线传输介质有双绞线、光纤等，无线传输介质有微波、红外线等。
5.连接设备
要将若干台计算机和其他外部设备连接成网络，不能只用传输介质，还需要加上必要的连接设备。网络中的连接设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议进行数据信号的变换及路由选择的设备，主要用于连接计算机并完成计算机之间的数据通信。它负责控制数据的发送、接收或转发，包括信号转换、格式转换、路径选择、差错检测与恢复、通信管理与控制等。常见的网络连接设备有集线器、交换机、中继器和路由器等。1.2.2 计算机网络的软件系统
计算机网络的软件系统是网络中不可缺少的重要部分。通过网络可以共享资源，但并不意味着网上的所有用户都可以随便使用网上的资源。网络软件不仅协调网络系统资源，对网络资源进行全面的管理、调度和分配，而且采取一系列的安全保密措施，保证用户合理地对数据和信息进行访问。
1.网络操作系统
网络操作系统（NOS）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供网络通信和网络资源共享功能的操作系统。它是负责管理整个网络资源和方便网络用户的软件的集合。网络操作系统是网络系统软件中的核心软件，其他网络软件都需要网络操作系统的支持才能运行。由于网络操作系统是运行在服务器之上的，所以有时也把它称为服务器操作系统。
网络操作系统与运行在工作站上的单用户操作系统（如Windows XP等）或多用户操作系统，由于提供的服务类型不同而有所区别。一般情况下，网络操作系统是以使网络相关特性达到最佳为目的的，如共享数据文件、软件应用，以及共享硬盘、打印机、调制解调器、扫描仪和传真机等。一般计算机的操作系统，如DOS和OS/2等，其目的是让用户、系统及在此操作系统上运行的各种应用之间的交互作用最佳。常见的网络操作系统有Netware、Windows NT、UNIX等。
2.网络通信协议
由于网络中的硬件设备种类繁多，各计算机之间要进行通信就必须按照一种统一的约定，这种约定就叫“通信协议”。网络通信协议是计算机网络通信的语言，规定了通信双方交换数据或控制信息的格式、响应及动作，使得网上的计算机之间能够正确、可靠地进行数据传输。常见的网络通信协议有TCP/IP、NetBEUI、IPX/SPX等。
3.网络应用软件
网络应用软件是指为某一应用目的而开发的网络软件，它为用户提供一些实际的应用。网络应用软件既可用于管理和维护网络本身，又可用于某一个业务领域，如以HTTP协议为基础的浏览器软件、网络安全软件、数字图书馆、视频点播、Internet信息服务、远程教学和远程医疗等。1.2.3 通信子网和资源子网
计算机网络主要完成两大功能：网络通信和资源共享。计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为通信子网，网络中实现资源共享的设备和软件的集合称为资源子网。计算机网络示意图如图1.2所示。图1.2 计算机网络示意图
其中，椭圆形内为通信子网，椭圆形外为资源子网。
从第二代计算机网络ARPANET开始，将整个计算机网络分成了通信子网和资源子网两部分，以实现更大范围的资源共享。
通信子网是由通信控制处理机（CCP）、通信线路、通信设备、网络通信协议和通信控制软件组成的，可完成所有网络数据的传输、转发、加工和交换等通信处理工作。它是网络的内层，负责信息的传输，是网络的重要组成部分。
资源子网由主机、终端、终端控制器、连接设备、各种软件资源和信息资源组成，向用户提供各种网络资源和网络服务，负责整个网络的数据处理业务和各种网络资源的共享服务。
通信子网为资源子网提供信息传输服务，资源子网上用户之间的通信建立在通信子网的基础上。没有通信子网，网络不能工作；而没有资源子网，通信也就失去了意义。通信子网和资源子网的结合组成了统一的资源共享的完善的网络。1.3 计算机网络的分类
计算机网络的分类方法有很多，可以按照不同的标准，从不同的角度对计算机进行分类。1.3.1 按网络覆盖的地理范围分类
这是最常用的分类方法。这种分类方法按照计算机网络覆盖的范围将其大体上分为局域网、城域网和广域网3类。
1.局域网
局域网通常是指将一个相对较小地理区域内的计算机通过高速通信线路相连后所形成的计算机网络。局域网的分布范围通常在几十米至几千米不等，通常用于一个房间、一栋楼、一个校园或一个企事业单位的计算机网络。由于传输距离较近，因而数据传输速率较高。
2.城域网
城域网是一种大型的局域网，通常用于一个城市，其覆盖范围介于局域网和广域网之间。它是在局域网和广域网之间得到很大发展，并将综合业务通信提到研究日程以后提出的，因此一开始就对城域网提出了高速、综合业务、宽带和光纤连接等较高的建网条件。城域网将现有的局域网连接起来，在局域网基础上增加网络互连功能并提供多种增值服务。通常，城域网采用光纤作为传输介质，因此数据传输速率也较高。
3.广域网
广域网通常是指将大区域范围内的各种计算机设备和通信设备互连在一起组成的资源共享的通信网络。广域网的分布范围通常在不同的城市甚至覆盖全球。这种网络的通信线路既可借用公用通信网络，也可敷设专用光缆。最大的广域网是Internet，它将不同类型的网络互连，并通过一定的网络协议实现相互的信息传输。
广域网中的骨干网传输速率高，但用户的接入速率一般比较低，通常在64Kbps～2Mbps之间，但随着广域网技术的发展，广域网数据传输速率将不断提高。1.3.2 按网络的工作模式分类
按工作模式可将计算机网络分为对等网和基于服务器的网络。
1.对等网
对等网也称工作组，是指网络中的计算机地位平等，没有专门的服务器，软、硬件资源和数据都分别存储在网络中各自独立的主机之中，每个用户都负责本地主机的数据和资源管理，并且有各自独立的权限和安全设置。
对等网的特点如下。
网络中计算机的数量比较少，一般对等网络的计算机数目在10台以内，所以对等网络相对比较简单。
对等网络分布的范围比较小，通常在一间办公室或一个家庭内。
网络安全管理分散，因此数据保密性差。
由于对等网络不需要专门的服务器来做网络支持，也不需要其他组件来提高网络的性能，因而组网成本较低，管理也比较简单、方便。但由于没有专门的服务器运行网络操作系统，所以网络功能比较差，安全性也比较差，只适用于人员少，应用网络较少的中、小型企业或家庭。
2.基于服务器的网络
基于服务器工作模式的网络需要一台或多台计算机专门作为服务器用于网络的管理，服务器主要有：文件服务器、打印服务器、通信服务器和数据库服务器等，服务器的性能通常高于一般的计算机。其他由服务器进行管理和提供服务的、连入网络的任何计算机都属于工作站，它接受网络服务器的控制和管理，能够共享网络上的各种资源。工作站又称为客户机，它的性能可以很好，以便用于复杂的数学计算或者图形处理；也可以很一般，如仅使用文字处理或者其他简单的应用软件，视实际需要而定。
在这种网络中，服务器的负荷通常会比其他工作站的负荷要高。这种网络成本较高，系统配置比较复杂，但功能及安全性较高。1.3.3 按网络的拓扑结构分类
拓扑是音译外来词（英文写作Topology），是一种研究与大小、形状无关的构成图形（线、面）特性的方法。即抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为“节点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，形成点和线组成的图形，使人们对网络整体有比较直观的印象。这样从拓扑学的角度看，计算机网络就变成了点和线组成的几何图形，这就是网络的拓扑结构。也就是说，网络拓扑结构是一个网络的通信链路和节点的几何排列或物理图形布局，在计算机网络中忽略了网络的具体物理特性，如节点之间的距离、各节点的位置，而着重研究节点之间的连接关系。
网络中的节点有两类：一类是只转接和交换信息的转接节点，包括节点交换机、集线器和终端控制器等；另一类是访问节点，包括主计算机和终端等，它们是信息交换的源节点和目标节点。
计算机网络的拓扑结构有许多种，最基本的是总线形、星形和环形3种。其他的拓扑结构都是从这3种拓扑结构中衍生而来的。
网络的拓扑结构对网络的各种性能起着至关重要的作用。
1.总线形拓扑结构
总线形拓扑结构是所有网络拓扑结构中最基本、最简单的一种。总线形拓扑结构采用单根传输线作为公用的传输介质，将网络中所有的计算机通过相应的硬件接口和电缆直接连接到这根共享的总线上。任何一个站点发送的信号都可以沿着总线传播，所有的站点都能从总线上获取发给它的信号。
总线形拓扑结构的特点如下。（1）易于布线
由于节点直接连接到总线上，电缆长度短，使用电缆少，因而安装容易，扩充方便。（2）故障诊断困难
由于各节点共享总线，因而任何一个节点出现故障都将导致整个网络无法正常工作，并且在检查故障时必须对每一个节点进行检测，这种才能查出有问题的节点。（3）故障隔离困难
如果节点出现故障，则直接将节点除去；如果传输介质出现故障，则整段总线要切断。（4）对节点要求较高
每个节点都要有介质访问控制功能，以便与其他节点有序地共享总线。
在总线形拓扑结构中，采用单根传输线作为公用的传输介质，所有的站点都通过相应的硬件接口（如网卡）直接连接到这根共享的总线上。当有站点要传送数据时，就侦听总线，看是不是有站点正在传输，如果没有就发送数据，如果有就等待。当数据发送到总线上后，每一个站点都去检查，看是不是发给自己的，如果是则保存，如果不是就放弃。因此，任何一个站点发送的信号都可以沿着总线传播，所有的站点都能从总线上获取发给它的信号。
总线形网络的优点是：结构简单灵活，易于扩展；共享能力强，便于广播传输；可靠性高，网络响应速度快；网络构建需要设备少，成本低。但由于总线形网络在同一时刻仅允许一个站点发送数据，因此当网络负荷加重时，网络性能将迅速下降。另外，当总线出现故障时，整个网络通信将被中断。总线形拓扑结构如图1.3所示。图1.3 总线形拓扑结构
总线形拓扑结构曾流行了一段时间，典型的总线形局域网有以太网。总线形拓扑结构适用于连接计算机较少的计算机网络，通常用于构建10Mbps的计算机网络，使用同轴电缆进行连接。
2.星形拓扑结构
星形拓扑结构是一个局域网结构。在这种结构中用一个节点作为中心节点，其他节点直接与中心节点相连。中心节点可以是文件服务器，也可以是连接设备。
星形拓扑结构的网络属于集中控制型网络，整个网络由中心节点执行集中式通信控制管理，各节点间的通信都要通过中心节点。每一个要发送数据的节点都将要发送的数据先发送给中心节点，再由中心节点负责将数据送到目的节点。中心节点相当复杂，而各个节点的通信处理负担都很小，只需满足点到点链路的简单通信要求即可。星形拓扑结构如图1.4所示。图1.4 星形拓扑结构
星形拓扑结构的特点如下。（1）可靠性高
在网络中，连接点往往容易产生故障。在星形拓扑结构中，由于每一个连接点只连接一个设备，所以当一个连接点出现故障时，只影响相应的设备，不会影响整个网络。（2）故障诊断和隔离容易
由于每个节点直接连接到中心节点，因此如果是某一节点的通信出现问题，就能很方便地判断出有故障的连接，方便地将该节点从网络中删除。如果是整个网络的通信都不正常，则需考虑中心节点是否出现了故障。（3）所需电缆多
由于每个节点直接与中心节点连接，所以整个网络需要大量的电缆，增加了组网成本。（4）可靠性依赖于中心节点
如果中心节点出现故障，则影响到全网。
星形拓扑结构的中心节点最早使用的是一个被称为集线器的设备，由其负责将各个站点广播转发，或直接转发给接收方节点。现在通常使用智能更高、速度更快的交换机作为中心节点，以全面提高网络速度。
总的来说，星形拓扑结构相对简单，便于管理，建网容易，是目前局域网普遍采用的一种拓扑结构。采用星形拓扑结构的局域网，一般使用双绞线或光纤作为传输介质，符合综合布线标准，能够满足多种带宽要求。
3.环形拓扑结构
环形拓扑结构使用公共电缆组成一个封闭的环，各节点直接连接到环上，信息沿着环按一定方向从一个节点传送到另一个节点。环接口一般由发送器、接收器、控制器、线控制器和线接收器组成。在环形拓扑结构中，有一个控制发送数据权力的“令牌”，它是一个用来决定环上的哪个站可以发送信息的特殊信息包。“令牌”在环中流动，某节点需要发送数据，必须先等待空的“令牌”到来，将要发送的数据附在“令牌”的后边按一定的方向单向绕环传送，每经过一个节点都要被接收、判断一次，是发给它的则接收，否则的话将数据送回到环中继续往下传，直到发送数据的源节点为止。环形网络拓扑结构如图1.5所示。
环形拓扑结构的特点如下。（1）所需电缆少
与总线形类似，环形拓扑也是共享传输介质的，比较节省电缆。图1.5 环形网络拓扑结构（2）控制简单
信息单向传输，不需路径选择。（3）适用于光纤
环形拓扑结构中数据的传输方向都是单向的，比较适合选用光纤。（4）整体可靠性差
由于所有的节点是一个挨着一个地连接，因此任何一个节点出现故障都会影响到全网。（5）故障诊断困难
诊断故障时，需要对每个节点进行检测，才能查出有问题的节点。（6）对节点的要求高
环形拓扑结构中要求每个节点对信息都要有地址识别能力，因此，每个节点的网络接入设备较复杂，也比其他网络拓扑结构的接入设备昂贵。
环形拓扑结构是3种基本拓扑结构中最少见的一种，适合于信息处理系统和工厂自动化系统。
4.树形拓扑结构
树形拓扑结构是一种分层结构，是总线形结构的扩展，它是在总线网上加上分支形成的。其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路。也可以把它看成是星形结构的叠加。树形拓扑结构又称为分级的集中式结构，如图1.6所示。树形拓扑有其独特的特点而与众不同。它具有层次结构，是一种分层网络，网络的最高层是中央处理机，最低层是终端，其他各层可以是多路转换器、集线器或部门用计算机。其结构可以对称，联系固定，具有一定容错能力，一般一个分支和节点的故障不会影响另一个分支和节点的工作，任何一个节点送出的信息都由根接收后重新发送到所有的节点，可以传遍整个传输介质，也是广播式网络。著名的因特网（Internet）也是大多采用树形结构的。（1）树形拓扑结构的优点
结构比较简单，成本低。
网络中任意两个节点之间不产生回路，每个链路都支持双向传输。
网络中节点扩充方便、灵活，寻找链路路径比较方便。（2）树形拓扑结构的缺点
除叶节点及其相连的链路外，任何一个工作站或链路产生故障都会影响整个网络系统的正常运行。图1.6 树形拓扑结构
对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。因此，这种结构的可靠性问题和星形结构相似。
5.混合形拓扑结构
混合形网络拓扑结构是两种或两种以上拓扑结构的组合。常见的有星形总线形拓扑结构和星形环形拓扑结构。
星形总线形拓扑结构是星形与总线形的混合体，它通常以总线形为主干，把星形拓扑结构的网络作为总线的节点串在一根传输介质上。采用这种拓扑结构的网络可以覆盖较大的范围，容易与不同的网络进行连接或断开。由于任何一台计算机发生故障都不会影响整个网络，因此，这种网络的整体可靠性高。在这种混合形网络中，通常使用双绞线作为星形结构的连接线，使用光纤作为主干线路的连接线，充分发挥了星形和总线形各自的优势。星形总线形拓扑结构如图1.7所示。图1.7 星形总线形拓扑结构
星形环形拓扑结构是星形结构与环形结构的混合体，它通常以环形结构为主干，将星形结构的网络作为节点接入环中。1.3.4 按网络的使用范围分类
1.公用网
所谓公用网，一般是指由电信部门或其他提供通信服务的经营部门组建、管理和控制的网络。网络内的传输和转接装置可供任何部门和个人使用，它为全社会所有的人提供服务，通常这种服务是收费的。公用网常用于广域网络的构造，支持用户的远程通信，如我国的电信网、广电网、联通网等。
2.专用网
专用网（Private Network）是由用户部门组建经营的网络，不允许其他用户和部门使用。由于投资的因素，专用网常为局域网或者是通过租借电信部门的线路而组建的广域网络，如由学校组建的校园网，由企业组建的企业网等。
3.用公用网组建专用网
许多部门直接租用电信部门的通信网络，并配置一台或多台主机，向社会各界提供网络服务，这些部门构成的应用网络称为增值网络（或增值网），即在通信网络的基础上提供了增值的服务，如中国教育科研网——Cernet及全国各大银行的网络等。1.3.5 按网络的传输介质分类
1.有线网络
有线网络使用有形的传输介质，如电缆、光纤等，连接通信设备和计算机。在高度信息化的社会，办公室成为信息网络系统的末梢。有线网络主要应用于办公室。有线局域网的局限性有：布线烦琐，办公室电缆线泛滥；工作地点不确定，办公人员无法在移动时访问局域网，共享网络的各种资源；在一些特殊的情况下，人员需要在某一范围内工作，如施工现场、实地勘测、库房管理、公安值勤等，这时就无法用有线网；还有一种情况，如在公路铺设地、煤矿、油田等临时性的工作场所，如果用有线网，每换一个工作地点就要重新布线一次，造成资源的浪费；受特殊地理环境的制约，在港口、山地和公用开阔地等特殊的地理位置和环境，对有线网络的布线施工有着极大的制约力，并且施工周期长，后期维护困难。
另外，如果原有布线所预留的端口不够用，增加新用户就会遇到重新布置线缆烦琐，施工周期长等麻烦。
2.无线网络
无线网络就是利用无线电波来作为媒介传输的网络，而就应用层面来讲，它与有线网络的用途完全相似，两者最大的不同在于传输媒介不同。除此之外，因为它是无线网络，因而无论是在硬件架设上，还是在使用的机动性上，均比有线网络要优势得多。
在无线网络中，计算机之间的通信是通过大气空间（包括卫星）进行的。无线网络最主要的优势是无须布线，安装周期短，后期维护容易，网络用户容易迁移和增加，它可以在有线网络难以实现的情况下大显身手。因此，无线网络非常适合移动办公用户的需要，具有广阔的市场前景。目前，它已经从传统的医疗保健、库存控制和管理服务等特殊行业向更多行业拓展，甚至开始进入家庭及教育机构等领域。
由于无线网络技术以电磁波为传播介质，所以容易被窃听，即使加密也容易被破解，因此保密性差是无线网络的缺点。
谈到无线网络，不能不介绍“蓝牙技术”。“蓝牙”的名字来源于10世纪丹麦国王Harald Blatand——英译为Harold Bluetooth（因为他十分喜欢吃蓝梅，所以牙齿每天都带着蓝色），在行业协会筹备阶段，需要一个极具表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威、瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐、善于交际，就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着各个系统领域之间的良好交流，例如计算，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。“蓝牙技术”是目前国际上最新公开的一种无线通信技术规范，用来描述各种电子产品相互之间是如何用短距离无线电系统进行连接的。它的主要好处是消除千头万绪、令人头痛的电缆线。
蓝牙技术是爱立信移动通信公司在1994年开始启动的。1998年5月，蓝牙特别兴趣小组的5家发起人——诺基亚、爱立信、东芝、英特尔和IBM，正式把蓝牙技术的理念推向社会，使其成为一种无线电技术的全球规范。
借助采用了蓝牙技术的个人数字助理，用户可以很方便地进入Internet。有了蓝牙技术，存储于手机中的信息可以在电视机上显示出来，也可以将其中的声音信息数据进行转换，还可以实现用户与Internet的无线联网。
作为低成本和短距离无线连接的解决方案，蓝牙技术可以消除不同数字装置之间的界限。当两个装有蓝牙装置的数字设备相互距离在10m之内，并满足一定要求时，它们就能快速建立可靠的无线联系。这项技术一旦推向市场，诸如移动电话、计算机和个人数字助理PDA（Personal Digital Assistant）等将可以随心所欲地无线连通。业内人士说，“这是因特网的又一次革命”。有专家预测，在中国，10年内会形成一个400亿元人民币的庞大市场。1.4 计算机网络的功能和应用
现代社会的人们已普遍接受了计算机必须连在网上才能充分发挥作用的客观现实，这说明，借助于网络的计算机的功能增强了，在计算机组成网络后所能提供的服务也进一步延伸了。现在计算机网络不但在人类社会的各个领域发挥着越来越重要的作用，功能强大的计算机网络也为人们的日常生活提供了便利、快捷的新型服务。
从网络的发展趋势看，网络的传输介质由有线技术向无线技术发展，网络上传输的信息向多媒体方向发展，网络系统由局域网向广域网发展。1.4.1 计算机网络的主要功能
不同环境中计算机网络应用的侧重点不同，表现出的主要功能也有差别，但总的来说，网络应具备以下最基本的功能。
1.资源共享
实现资源共享是组建计算机网络的最初目的，也是计算机网络飞速发展的主要动力。早期计算机硬件设备十分昂贵，软件资源十分缺乏，为了使更多的人有机会利用计算机帮助工作，人们开始考虑设备连接公用的问题。美国是最早鼓励科研院所联网共享计算机设备的国家，因特网就是从那个时候开始起步的。后来计算机硬件价格不断下降，促使网络飞速延伸，网络中的信息资源也逐渐丰盈，人们共享的内容有了实质性的变化，从早期的硬件设备共享过渡到信息资源共享。现在网络上有许多存放各种信息的数据库，完全能满足信息社会人类生活的信息需求。
资源共享包括网络中软件、硬件和数据资源的共享，这是计算机网络最主要和最有吸引力的功能。
2.信息通信
信息通信是计算机网络基本的功能，可实现不同地理位置的计算机与终端、计算机与计算机之间的数据传输。信息通信并不是当初联网要实现的一个内容，但是，随着计算机网络不断扩大，网络承担了越来越多的信息传递任务，传递的信息种类也不再是单一的生产单位、业务部门计算机之间的工作信息，更多的是社会生活信息。现在计算机网络的通信功能早已成为人们青睐网络的主要原因。
3.集中管理
系统管理员通过网络集中管理器对网络中心的所有网络设备进行统一管理。例如，服务器、路由器、交换机、PBX、UPS、主控台服务器、远程KVM和远程电源管理器。
4.分布处理
计算机网络具有的任务分布处理功能是计算机功能的扩充，它不但能减轻单机过重的负荷，均衡网络资源使用效率，也能将大的任务分解交给不同的计算机进行分布处理，充分发挥中、小型计算机的作用，提高网络设备利用率。分布处理功能使微机联合工作协调处理大型任务成为可能，现在有大量的应用项目，如分布指纹识别系统，就是利用网络的分布处理功能实现大数据量的快速处理。
5.网络提高了计算机的可靠性
提高计算机的可靠性是因特网建设最原始的初衷，在计算机网络中，计算机资源互为后备，众多的可替代资源无疑提高了计算机的可靠性。网络中的软件资源可以在多台计算机中保留副本，不论是硬件故障还是软件问题，人们都可以避开故障源，单机问题不会影响软件资源在网络中的使用。就计算机任务处理而言，计算机网络是大的多机系统，故障机的任务可由其他机器分担，所以网络的继续运行能力使计算机的处理能力在联网后大幅提高，工作可靠性明显增强。
6.负载均衡
负载均衡是由多台服务器以对称的方式组成一个服务器集合，每台服务器都具有等价的地位，都可以单独对外提供服务而无须其他服务器的辅助。通过某种负载分担技术，将外部发送来的请求均匀分配到对称结构中的某一台服务器上，而接收到请求的服务器独立地回应客户的请求。
均衡负载能够平均分配客户请求到服务器列阵，通过快速获取重要数据，解决大量并发访问服务问题。这种群集技术可以用最少的投资获得接近于大型主机的性能。
7.网络具有可扩充功能
当计算机不堪重负时，就要考虑改善计算机系统的性能，提高处理器的处理能力。单机环境只能靠更换高性能的计算机来解决问题，更换设备不但耗资巨大，而且旧设备废弃或闲置也是浪费。计算机网络的高可扩展性为改善计算机的处理能力提供了简捷的途径。1.4.2 计算机网络的应用
计算机网络是信息产业的基础，在各行各业都获得了广泛的应用。
1. 办公自动化系统（OAS）
办公自动化是指通过先进的科学技术（信息技术、系统科学和行为科学）完成各种办公业务。
办公自动化系统的核心是通信和信息。通过将办公室的计算机和其他办公设备连接成网络，可充分有效地利用信息资源，以提高生产效率、工作效率和工作质量，更好地辅助决策。
2.管理信息系统（MIS）
MIS是基于数据库的应用系统。在计算机网络的基础上建立管理信息系统，是企业管理的基本前提和特征。例如，使用MIS系统，企业可以实现各部门动态信息的管理、查询和部门间信息的传递，还可以大幅提高企业的管理水平和工作效率。
3.电子数据交换（EDI）
电子数据交换是将贸易、运输、保险、银行和海关等行业信息用一种国际公认的标准格式，通过计算机网络实现各企业之间的数据交换，并完成以贸易为中心的业务全过程。电子商务系统（EB或EC）是EDI的进一步发展。我国的“金关”工程就是以EDI作为通信平台。
4.现代远程教育（Distance Education）
远程教育是一种利用在线服务系统，开展学历或非学历教育的全新的教学模式。
远程教育的基础设施是网络，其主要作用是向学员提供课程软件及主机系统的使用，支持学员完成在线课程，并负责行政管理、协同合作等。
5.电子银行
电子银行也是一种在线服务，是一种由银行提供的基于计算机和计算机网络的新型金融服务系统。其主要功能有：金融交易卡服务、自动存取款服务、销售点自动转账服务、电子汇款与清算等。
6.企业信息化
分布式控制系统（DCS）和计算机集成与制造系统（CIMS）是两种典型的企业网络系统。1.5 计算机数据通信常识1.5.1 基本概念
1.信息、数据、信号与信道
信息是人们所关注事情的消息或知识，是关于客观事物特征和变化的反映，是客观事物特征和变化经过人的大脑加工后的再现，如身高、体重等。
数据是记录下来的可以被识别的符号，具有稳定性和表达性，如文字、数字等。
信号是数据的具体表现形式，根据载体的不同，可分为电、磁、声、光、热等各种信号。各种数据都可以以适当的电磁波形式在通信介质上传输。
信道指信号的传输通道，包括通信设备（如集线器、路由器等）和传输介质（如同轴电缆、光纤等）。
信道按传输介质可分为有线信道和无线信道；按传输信号类型可分为模拟信道和数字信道；按使用权限可分为专用信道和公用信道等。
2.模拟信号与数字信号
数据的表示方式和承载数据的媒体是紧密相关的。当数据采用电信号方式时，由于受电的物理特性所限，数据只能被表示成离散的编码和连续载波两种方式，这就是数字数据和模拟数据。在通信系统中，如果数据是利用电信号的形式从一点传到另一点，则把用电信号表示的模拟数据称为模拟信号，而把由一连串的脉冲组成的数字数据称为数字信号。
模拟信号是随时间连续变化的电磁波，利用电磁波的描述参数（如幅度、频率或相位等）来表示要传输的数据，它的取值可以是无限多个。模拟信号示意图如图1.8所示。
数字信号是一种离散信号，通过电压脉冲表示要传输的数据，它的取值是有限的。数字信号示意图如图1.9所示。图1.8 模拟信号示意图图1.9 数字信号示意图
3.信号调制
传统的电话通信信道是传输语音的模拟信道，无法直接传输计算机的数字信号。为了利用现有的模拟线路传输数字信号，必须将数字信号转化为模拟信号，将这一过程称为调制（Modulation）。在另一端，接收到的模拟信号要还原成数字信号，这个过程称为解调（DEModulation）。通常数据的传输是双向的，因此，每端都需要调制和解调，这种设备称为调制解调器（MODEM）。
4.数据通信
数据通信把信息从一个地方传送到另一个地方。用来实现通信过程的系统称为通信系统。对于一个通信系统来说，必须具备3个基本要素：信源、信息传输媒体和信宿。其中，信源是信息产生和出现的发源地，信息传输媒体是信息传输过程中承载信息的媒体，信宿是接收信息的目的地。
数据通信主要包括数据传输和通信控制两个内容。其中，通信控制主要执行各种辅助操作，并不交换数据，但这种辅助操作对交换数据是必不可少的。
在数据通信中，按每次传送的数据位数，通信方式可分为并行通信和串行通信。
并行通信一次同时传送8位二进制数据，从发送端到接收端需要8根传输线。并行方式主要用于近距离通信，如在计算机内部的数据通信通常以并行方式进行。这种方式的优点是传输速度快，处理简单。
串行通信一次只传送一位二进制的数据，从发送端到接收端只需要一根传输线。串行方式虽然传输速率低，但适于远距离传输，在网络中（如公用电话系统）普遍采用串行通信方式。
按照数据在线路上的传输方向，通信方式可分为单工通信、半双工通信与全双工通信。
单工通信只支持数据在一个方向上传输，又称为单向通信。如无线电广播和电视广播都是单工通信。
半双工通信允许数据在两个方向上传输，但在同一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种可切换方向的单工通信。这种方式一般用于计算机网络的非主干线路中。
全双工通信允许数据同时在两个方向上传输，又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收数据，如现代电话通信提供了全双工传送。这种通信方式主要用于计算机与计算机之间的通信。1.5.2 数据传输方式
数据传输以信号传输为基础，数据传输分为基带传输、频带传输和宽带传输。
允许传输信号波形连续变化的模拟信号的信道称为模拟信道，数字信道只允许传输离散的数字信号。调制解调器是进行数字、模拟信号转换的专用设备，进行数/模转换的目的，就是要利用模拟信道传输数字信号。
使用数字信道传输数据，终端设备将数字信号转变成脉冲电信号时，这种调制前原始信号所固有的基本频率叫做基本频带，简称为基带。在信道中直接传输基带信号的方法叫做基带传输。基带传输是一种最基本的数据传输方式。基带信号是用来直接传输数字信号的，不经过调制，数字波形有无限的频宽，每次只能传输一路，占用所有带宽。
利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输。在这样的信道上传输数字信号，必须先将数字信号转换为模拟信号；接收方还必须再将模拟信号转换为数字信号，相应的设备才能识别。在频带传输过程中，先将二进制数形式的数字信号进行调制，转换成能在模拟信道（如电话线路或其他传输线路）传输的模拟信号传输出去，再在接收端经过解调将模拟信号还原成数字信号。频带传输是将数字信号调制成在某个频率段传输的模拟信号，可以通过频分多路复用传输。
宽带是指比音频带宽更宽的频带，包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输系统属于模拟信号系统，它能够在同一信道上进行数字信息或模拟信息传输。宽带传输系统可以容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。
在局域网中，传输方式分为基带传输和宽带传输。基带传输的信号主要是数字信号，宽带传输的是模拟信号；基带传输的数据传输速率为0～10Mbps，宽带传输的数据传输速率为0～400Mbps；宽带传输能把声音、图像和数据等信息综合到一个物理信道上进行传输，宽带传输采用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带传输。1.5.3 数据传输速率
数据传输速率是通信系统的主要技术指标，包括数据信号速率和调制速率。
数据传输速率指每秒能传输的二进制信息位数，单位是位/秒，即b/s，记为bps，因此又称为比特率。
调制速率指信号经调制后的传输速率，即每秒通过信道传输的码元个数，单位是Baud，因此又称为波特率。
误码率又称为出错率，指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。6
在计算机通信网络中，一般要求误码率低于10-，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法进行检验和纠错。
信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称带宽。信号的大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这就是有效带宽。
信道容量指信道的最大数据传输速率，即单位时间内可传送的最大比特数。信道容量的单位为bps。
数据传输速率与带宽有着直接的关系。数据信号传输速率越高，其有效的带宽越宽；另一方面，传输系统的带宽越宽，该系统能传送的数据传输速率就越高。
单位时间内传输的信息量越大，信道的传输能力就越强，信道容量越大。提高信道传输能力的方法之一，就是提高信道的带宽。1.5.4 数据交换技术
交换又称为转接，是实现网络中各节点数据传输的一种手段。常用的交换技术有电路交换和存储交换。
1.电路交换
电路交换是一种直接的交换方式，在数据传输期间，必须在源节点与目的节点之间设置一条专用的物理连接通道，直到数据传输结束。
电路交换技术的优点是：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。缺点是电路空闲时，信道容易被浪费。
2.存储交换
存储交换又分为分组交换和报文交换。
分组交换是指一个报文分成若干个分组（包），以“存储—转发”方式从源节点传送到目的节点。分组交换又称为包交换。
报文交换指从源节点到目的节点采用“存储—转发”方式，转送报文时同一时刻仅占用一段通道。
报文交换的优点是电路利用率高，通信量大时仍可以接收报文，可以把一个报文发送到多个目的地，可以进行速度和代码的转换。缺点是不能满足实时或交互式的通信要求。1.5.5 多路复用技术
在数据通信系统或计算机网络中，传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的要求，为了提高传输线路的利用率，可利用一个信道同时传输多路信号，这就是多路复用技术。
多路复用技术分为：频分多路复用、时分多路复用、统计时分多路复用和波分多路复用。
1.频分多路复用
频分多路复用技术是把信道频谱分割成若干个互不重叠的小频段，每个小频段都可以看成一个子通道，相邻各频带之间留有一空闲段，保证数据在各频段间相互隔离并可靠传输。采用频分多路复用技术时，数据在各个子信道上是以并行的方式传输的，可以同时传输不同的信息。
2.时分多路复用
时分多路复用是把通信媒体上传输信号的时间域划分成许多等长的时间片，每一路信号每次占用一个时间片进行传输，使若干个信号合用单一的通信媒体，而在时间域上互不重叠。在接收端就可以把信号在通信媒体上的传输时间作为分割信号的参量，把多路复用信号分割、复原。
3.统计时分多路复用
时分多路复用系统以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据流进行组合，它不管数据设备是否有数据传送，都定时分配固定的数据传送时隙，这样做的结果必然导致未运行设备的分配时隙空闲，造成时隙利用率降低。若考虑使用按需分配传送时隙，就可以避免传输线路出现空闲时隙的现象。经复用器传输的都是来自工作设备的有效数据，这种以动态按需分配时隙方式工作的时分多路复用称为统计时分多路复用。
4.波分多路复用
波分多路复用是将不同波长的光束合成到一条光纤信道上传输，接收端按波长分割信号。波分多路复用是频分多路复用的一个变种，本身不涉及新技术。两者的区别是光纤系统使用无源的衍射光栅，可靠性更高。1.5.6 网络通信的基本模式
网络通信是指以数据通信技术（包括计算机技术和通信技术）为基础来进行信息的传输、交换、存储和处理，从而达到信息传递和交流的一种通信方式。在通信系统中，传输的信号既可以是模拟信息，又可以是数字信号。模拟信号是指信号的幅度随着时间而连续变化的信号，例如电话线上传递的语音就是一种模拟信号。而数字信号是指在每一时段时间内信号的幅值只能是离散的有限值的信号，如计算机系统内传递的数据等。
网络通信的基本模式有以下两种。
1.模拟传输方式
传统的电话通信系统是典型的模拟信号传输系统。在电话通信系统中，数以亿计的电话机互相连成网络，通过分级交换技术组成有层次结构的通信网络。而这种采用了模拟传输技术的电话网，其使用已持续了近一个世纪，在世界各地几乎普及。
我国的电话通信系统共分为5级（市话局、县、地区、省、大区中心），最低一级为市话局，上面4级为长途电话网络。全国有若干个一级中心（大区中心），相互连接成网络。任何一级的电话用户都要经过相应交换局的转换才能通信。电话网采用廉价的双绞线相连，通信距离一般为1～10km。模拟信号在传输过程中会不断衰减，往往要使用放大器来补偿纠正。此外，在利用模拟电话网传输数字信号时，必须先把数字信号转换成模拟信号，而在接收端则要把模拟信号转换成数字信号，这就需要使用调制解调器。
2.数字传输方式
数字传输只传输两个值0和1。数字传输能够把数据、语音、图像或视频等信号复合到同一通信线路上传输，并能通过已有的通信线路获得更高难的数据传输速率，所以在数字传输过程中信号产生的误码率很低。对于长途传输中出现的信号衰减问题，要使用数字再生器，这些衰减甚至畸变了的信号就可以准确地恢复到原来的值。
计算机网络是由计算机系统、用户终端、传输线路、调制解调器、交换机等设备组成，它能实现在不同数据终端设备之间的数字传输，同时也进行一些数据通信和管理等方面的工作。
尽管模拟传输技术落后于数字传输技术，但采用模拟传输技术的电话通信网络仍然在全世界广泛使用。目前计算机网络通信所使用的通信信道，既有传统的模拟信道（如模拟计算机系统），又有较先进的数字信道（如宽带ADSL），模拟网和数字网并存的事实在很长时期内将继续存在。即使数字传输和数字通信网将是今后网络通信的主要发展方向，然而要完全取代模拟传输，还需要相当长的一段路要走。本章小结
本章简要介绍了计算机网络产生和发展的过程；介绍了计算机网络的定义、分类、组成及应用等知识点；介绍了数据通信的有关常识。通过本章的学习，同学们应掌握计算机网络的基本知识和常用术语，对计算机网络有一个初步的认识，为后续章节的学习打下基础。习题1
一、名词解释
1.计算机网络
2.通信子网
3.资源子网
4.拓扑结构
二、填空题
1.根据计算机网络工作模式的不同，可以将网络分为______________、______________两类。这两种不同的工作模式，主要的区别在于______________。
2.根据计算机网络覆盖范围的大小，可以将其分为______________、______________、______________3类。
三、简答题
1.网络的基本拓扑结构有哪几种?各有何特点?
2.简述局域网、城域网、广域网的特点。
3.什么是蓝牙技术?
4.简述信息、数据、信号之间的关系。
5.基带与宽带传输有何区别?
6.多路复用技术有哪几种?
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]