计算机网络基础
计算机网络是计算机技术与通信技术发展相结合的产物，并在用户需求的促进下得到进一步的发展。通信技术为计算机之间的数据传输和交换提供了必需的手段，而计算机技术又渗透到了通信领域，提高了通信网络的性能。
计算机网络的定义
在计算机网络发展的不同阶段，人们对计算机网络理解和侧重点不同而提出了不同的定义。从目前计算机网络现状来看，主要从资源共享观点定义了计算机网络；用通信路线和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在功能完善的网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信、资源共享和协同工作的系统。由该定义可了解到计算机网络的几个重要特征：
- 独立功能的计算机系统：网络中各计算机系统具有独立的数据处理功能，它们既可以连入网络工作，也可以脱离网络独立工作
- 数据通信：网路中各计算机按照共同遵守的通信规则，对文本、图形、声音、图像等多媒体信息进行相互交换
- 资源共享：网络中各计算机按照共同遵受的通信规则，对计算机的硬件、软件和数据进行共享传递。
计算机网络的组成
从逻辑功能上，可以把计算机网络分成通信子网和资源子网两部分
通信子网
通信子网提供计算机网络的通信功能，完成网络主机之间的数据传输、交换、通信控制和信号变换等工作，主要包括通信线路、网路连接设备、网络协议和通信软件等。通信子网是由节点处理机和通信链路组成的一个独立的数据通信系统
资源子网
资源子网提供各种网络资源和网络服务，由主机、终端控制器和软件数据资源构成，负责网络中的数据处理。主机负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库系统，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务；终端控制器用于把一组终端连入通信子网，并负责控制终端信息的接收和发送，包括打印机、大型存储设备等
计算机网络的分类
按网络所覆盖的地域范围划分
计算机网络按网络的覆盖范围的不同，可分为局域网、城域网和广域网。
| 分类 | 说明 | 特点 |
|---|---|---|
| 局域网（Local Area Network，LAN） | 覆盖范围从几百米到几公里，其通信线路一般使用双绞线或同轴电缆，通常用于连接一个房间、一层楼或一座建筑物 | 连接范围小，传输速率高，误码率低，可靠性好，组网灵活方便，建设成本低 |
| 城域网（Metropolitan Area Network，MAN） | 可覆盖一座城市，使用光纤或微波作为网络的主干通道，一般可将同一城市内的主机、数据库以及LAN等互相连接起来 | 常使用与局域网相似的技术，但对媒介访问控制在实现方法上有所不同 |
| 广域网（Wide Area Network，WAN） | 用于连接不同城市之间的LAN或MAN，通信子网主要采用分组交换技术，常常借用传统的公共传输网（如电话网）。广域网可以覆盖一个地区或国家 | 数据传输相对较慢，传输误码率也较高 |
说明：IEEE802标准中定义的局域网包括以太网、令牌环网、光纤分布式接口网络、异步传输模式网以及无线局域网
按网络的拓扑结构划分
网路的拓扑结构是指网络连线及设备的分布形式，常见的网络拓扑结构如下
| 分类 | 说明 | 图形 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|---|
| 总线型拓扑 | 总线型拓扑采用单一信道作为传输介质，所有主机（或站点）通过专门的连接器接到这根称为总线的公共信道上，任何一个站点的信号都可以沿着传输介质传播，而且能被其他站点接收 |  |
结构简单，易于实现，站点扩展灵活方便，可靠性高 | 故障检测和隔离较困难，总线负载能力较低，数据传输最大等待时间不确定。应用于对时间要求不太高和网络负担不太重的场合 |
| 环形拓扑 | 环形拓扑是一个包括若干节点和链路的单一封闭环，每个节点只与相邻的两个节点相连 |  |
容易安装和监控，传输最大延迟时间是固定的，传输控制机制简单，实时性强 | 网络中任何一台计算机的故障都会影响整个网络的正常工作，故障检测比较困难，节点增、删不方便 |
| 星形拓扑 | 星形拓扑是由各个节点通过专用链路连接到中央节点上而形成的网络结构。在星形拓扑中，信息从计算机通过中央节点传送到网络上的所有计算机 |  |
传输速度快，误差小，扩容比较方便，易于管理和维护，网络中的某一台计算机或者一条线路的故障不会影响到整个网络的运行 | 中央节点一旦发生故障，整个网络就会瘫痪：需要耗费大量的电缆 |
| 树形拓扑 | 是对星形拓扑的扩展，在树形拓扑中，任何一个节点发送信息后都要传送到根节点，然后从根节点返回整个网络 |  |
扩容方便，容错性强，很容易将错误隔离在小范围内 | 依赖根节点，如果根节点出了故障，则整个网络将会瘫痪 |
| 网状拓扑 | 网络拓扑由节点和连接节点的点到点链路组成，每个节点都有一条或几条链路同其他节点相连 |  |
节点间路径多，局部的故障不会影响整个网络的正常工作，可靠性高，扩容方便 | 网络的结构和协议比较复杂，建网成本高 |
按传输介质划分
计算机网络按网络的传输介质的不同，可分为有线网和无线网。有线网采用双绞线、同轴电缆、光纤等作为传输介质。无线网主要采用红外线、微波和光波作为传输载体，联网方式灵活方便，但可靠性和安全性还有待完善。
按通信信道特征划分
- 广播式网络：广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播，网络中的所有节点都能收到任一节点发出的数据信息。目前,在广播式网络中的传输方式有3种:
- 单播：采用一对一的发送形式将数据发送给网络所有目的节点
- 组播：采用一对一组的发送形式，将数据发送给网络中的某一组主机
- 广播：采用一对所有的发送形式，将数据发送给网络中所有目的节点
- 点-点网络（Point-to-Point Network）：点-点式网络是两个节点之间的通信方式是点对点的。如果两台计算机之间没有直接连接的线路，那么它们之间的分组传输就要通过中间节点的接收、存储、转发，直至目的节点
按网络的使用性质划分
计算机网络按网络的使用性质的不同，可分为公用网和专用网
- 公用网(Public Network)是一种付费网络，属于经营性网络，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，任何单位和个人可付费租用一定带宽的数据信道，如我国的电信网、广电网、联通网等。
- 专用网(Private Network)是某个部门根据本系统的特殊业务需要而建造的网络，这种网络一般不对外提供服务。例如军队、政府、银行、电力等系统的网络就属于专用网。
计算机网络性能指标
性能指标可以从不同的方面度量计算机网络的性能。下面介绍常用的四个性能指标,其中最重要的一个性能指标是速率。
速率
计算机网络中的速率是指计算机在数字信道上传送数据的速率，单位是bps、kbps，Mbps和Gbps。人们为了方便起见，通常省略单位中的bps，如1000M以太网是指速率为1000Mbps的以太网。
bps的含义是每秒传送多少比特，1Gbps=1000Mbps，1Mbps=1000kbps，1kbs=1000bps
带宽
在计算机网络中，带宽指通信线路所能传送数据的能力，表示在单位时间内从计算机网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据量，其单位与速率相同。
注意：速率和带宽是不一样的。速率是指计算机在网络上传送数据的速度，而带宽是网络能够允许的传送数据的最高速度
吞吐量
吞吐量表示在单位时间内通过某个网络或信道的实际的数据量
