第一篇 基 础 篇 第一章 计算机网络概论 人类社会在经历了农业社会和工业社会之后，已经进入到信息社会的知识经济时代。20 世纪下半叶的发展进程，揭示了信息社会的基础设施是计算机、通信和网络。当前，计算机 网络技术迅速发展和Internet的普及，使人们更深刻地体会到了无所不在的计算机网络，计 算机网络已对人们的日常生活、工作甚至思想产生了较大的影响。在这一章中，我们先了解 一下计算机网络的基础知识。 1.1 计算机网络的基本概念 1.1.1 计算机网络的定义 什么是计算机网络？多年来并没有一个严格的定义。人们从不同的角度对它提出了不同 的定义，这些定义归纳起来，可以分为三类。 从计算机与通信技术相结合的观点出发，人们把计算机网络定义为“以计算机之间传输 信息为目的而连接起来，实现远程信息处理并进一步达到资源共享的系统”。20世纪60年代 初，人们借助于通信线路将计算机与远方的终端连接起来，形成了具有通信功能的终端—— 计算机网络系统，首次实现了通信技术与计算机技术的结合。人们把按照这种观点定义的计 算机网络称为“计算机通信网络”。 从强调资源共享的观点出发，计算机网络是“把地理上分散的资源，以能够相互共享资 源（硬件、软件和数据）的方式连接起来，并且各自具备独立功能的计算机系统之集合体”。 这种定义由美国信息处理学会联合会在1970年春天举行的联合会议上提出来的，以后在有关 文献中被广为引用。 从物理结构上看，计算机网络又可定义为“在协议控制下，由若干计算机、终端设备、 数据传输和通信控制处理机等组成的集合”。 综合上述观点，我们把计算机网络定义为：凡是将分布在不同地理位置并具有独立功能的多 台计算机，通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件（网络协议及网络操作系 统等）支持下，以实现网络资源共享和数据传输为目的的系统，称为计算机网络。 我们可以从以下三个方面理解计算机网络的概念。 1．计算机网络是一个多机系统。两台以上的计算机互连才能构成网络，这里的计算机 可以是微机、小型机和大型机等各种类型的计算机，并且每台计算机具有独立功能，即某台 计算机发生故障，不会影响整个网络或其他计算机。 2．计算机网络是一个互连系统。互连是通过通信设备和通信线路实现的，通信线路可 以是双绞线、电话线、同轴电缆、光纤等“有形”介质，也可以是微波或卫星信道等“无形” 介质。 ３ 计算机网络技术及应用 3．计算机网络是一个资源共享系统。计算机之间要实现数据通信和资源共享，必须在 功能完善的网络软件支持下。这里的网络软件包括网络协议、信息交换方式及网络操作系统 等。 1.1.2 计算机网络的形成与发展 纵观计算机网络的形成与发展历史，大致可以分为四个阶段，如图1-1所示。 图1-1 计算机网络的发展阶段 因 特 网 OSI/RM网络通信网络 终端网络 1．面向终端的计算机网络 第一代计算机网络实际上是以单个计算机为中心的远程联机系统，可以追溯到20世纪 50年代。那时，计算机系统规模庞大、价格昂贵，为了提高计算机的工作效率和系统资源的 利用率，将多个终端通过通信设备和线路连接到计算机上，在通信软件的控制下，计算机系 统的资源由各个终端用户分时轮流使用。这样的系统除了一台中心计算机外，其余的终端都 不具备自主处理功能，在系统中主要是终端和计算机间的通信。20世纪60年代初期，美国 航空公司投入使用的由一台中心计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机票预订系统 就是这种远程联机系统的一个代表。不过，严格地讲，此时计算机网络只是处于雏形，还不 是真正意义上的计算机网络。 在远程联机系统中，随着所连远程 终端个数的增多，中心计算机要承担的 与各终端间通信的任务也必然加重，使 得以数据处理为主要任务的中心计算机 增加了许多额外的开销，实际工作效率 下降。由此，出现了数据处理和通信的 分工，即在中心计算机前面增设一个前 端处理机FEP（Front End Processor） 来完成通信工作，而让中心计算机专门 进行数据处理，这样可显著的提高效率。 另一方面，若每台远程终端都用一条专 用通信线路与中心计算机连接，则线路 的利用率低，且随着终端个数的不断增 多，线路费用将达到难以负担的程度。 因此，后来通常在终端比较集中的地点 设置终端控制器TC（Terminal Controller），以提高远程线路的利用 率。第一代计算机网络典型结构如图 1-2所示。 ··· 电话系统 ··· 终端 终端 图1-2 面向终端的计算机网络 主机 FEP M M TC M M ４ 第一章 计算机网络概论 2．计算机通信网络 第二代计算机网络是多台主计算机通过通信线路互连起来为用户提供服务，即所谓计算 机——计算机网络。这类网络是20世纪60年代后期开始兴起的，它和以单台计算机为中心 的远程联机系统的显著区别在于：这里的多台主计算机都具有自主处理能力，它们之间不存 在主从关系。这样的多台主计算机互连的网络才是我们目前通称的计算机网络。 第二代计算机网络的典型代表是ARPA网，20世纪60年代后期，美国国防部高级研究计 划署ARPA提供经费给美国许多大学和公司，以促进多台主计算机互连的网络研究，最终导致 一个实验性的4节点网络开始运行并投入使用。ARPA网后来扩展到连接数百台计算机，从欧 洲到夏威夷，地理范围跨越了半个地球。目前我们有关计算机网络的许多知识都与ARPA网的 研究结果有关，ARPA网中提出的一些概念和术语至今仍被引用。 ARPA网中互连的运行用户应用程序的计算机称为主机（Host），但主机之间并不是通过 直接的通信线路互连，而是通过一个称为接口信息处理机IMP（Interface Message Processor）的设备互连的，如图1-3所示。 IMP 主机 通信子网 IMP 资源子网 图1-3 计算机通信网络 H H H H H 图1-3中IMP和它们之间互连的通信线路一起负责完成主机之间的数据通信任务，构成 通信子网，通过通信子网互连的主机组成资源子网，ARPA网采用的就是这种两级子网结构。 3．开放式标准化网络体系结构的网络 第三代计算机网络是开放式标准化网络，它具有统一的网络体系结构、遵循国际标准化 协议。标准化使得不同的计算机能方便地互连在一起，标准化还将带来大规模生产、产品VLSI 化和成本降低等一系列好处。 计算机网络是个非常复杂的系统，相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作，而这 种协调是相当复杂的。为了设计这样复杂的计算机网络，早在最初的ARPA网设计时即采用了 分层的方法。“分层”可将庞大而复杂的问题转化为若干较小的比较容易研究和处理的局部问 题。1974年，美国IBM公司宣布了它研制的系统网络体系结构SNA（System Network Architecture），这个著名的网络标准就是按照分层的方法制定的。不久后，其他一些公司也 相继推出本公司的一套体系结构，但这些网络标准都局限于解决其各自的产品间相互连接的 问题。 为了使不同体系结构的计算机网络都能互连，国际标准化组织ISO于1977年提出了一 个标准框架，这就是著名的开放系统互连参考模型OSI/RM。从此，就开始了所谓的第三代计 算机网络。 ５ 计算机网络技术及应用 4．计算机网络的互连、高速化阶段 计算机网络向互连、高速、智能和全球化发展，并且迅速得到普及，实现了全球化的广 泛应用。目前，世界上发展最快、也是最热门的Internet网，就是世界最大的互联网。由于 因特网的巨大影响及成功运行，在整个网络中核心协议将采用Internet的网际协议IP，通 过它把下面各种各样的通信子网互连在一起，并向上支持多媒体应用，这就是所谓的统一的 IP网。有人描述未来通信和网络的目标是实现5W的个人通信，即任何人（Whoever）在任何 时间（Whenever）、任何地方（Wherever）都可以和任何另一个人（Whomever）通过网络进行 通信，以传送任何信息（Whatever）。 由于人们对网络应用要求的日益提高，未来计算机网络将向可以同时承载多媒体信息的 方向发展。目前，各国的“信息高速公路”建设计划就是为满足多媒体信息传输的需要而提 出的。 1.1.3 计算机网络的功能 从计算机网络的定义可以看出，计算机网络的主要功能是实现计算机各种资源的共享和 数据传输，随着应用环境不同，其功能也有一些差别，大体有以下几个方面： 1．资源共享 计算机网络中的资源可分成三大类，即硬件资源、软件资源和数据资源，相应地，资源 共享也分为以下三类： ⑴硬件共享 为发挥大型机和一些特殊外围设备的作用，并满足用户要求，计算机网络对一些昂贵的 硬件资源提供共享服务。例如，某计算机A由于无某特殊外围设备而无法处理某些较复杂的 问题时，它可将处理该问题的有关数据连同有关软件，一起送至拥有这种特殊设备的计算机 B，由B利用该硬件对数据进行处理，处理后再把有关软件及结果返回给A。 ⑵软件共享 计算机网络可供共享的软件包括系统软件、各种语言处理程序和各式各样的应用程序。 ⑶数据共享 随着信息时代的到来，数据资源的重要性也越来越大。在大型计算机网络中，普遍设置 了一些专门的数据库，如有关情报资料数据库、产品信息数据库等，供全国乃至全世界的网 络用户使用。事实上，现代计算机网络已把在网络中是否设置了大型数据库、设置了什么样 的数据库作为衡量计算机网络水平的重要标志之一。 2．数据通信 该功能用于实现计算机与终端、计算机与计算机之间的数据传输，这是计算机网络的最 基本的功能，也是实现其他几个功能的基础。本地计算机要访问网络上另一台计算机的资源 就是通过数据传输来实现。 3．提高系统的可靠性和可用性 计算机网络一般都属于分布式控制，计算机之间可以独立完成通信任务，计算机网络中 的计算机可以通过网络资源彼此称为后备机。如果有单个部件或者某台计算机出现故障，由 于相同的资源分布在不同的计算机上，这样网络系统可以通过不同路由来访问这些资源，不 影响用户对同类资源的访问，避免了单机无后备机情况下的系统瘫痪现象，大大提高了系统 ６ 第一章 计算机网络概论 的可靠性。 可用性是指当网络中某台计算机负担过重时，网络可将新的任务转交给网络中空闲的计 算机完成，这样均衡各台计算机的负载，提高了每台计算机的可用性。 4．分布式处理 由于计算机价格的下降，各用户可以根据情况合理地选择网内资源，可以在方便数据处 理和需要进行数据处理的地方设置计算机，对于较大的数据处理任务分交给不同的计算机来 完成，达到均衡使用资源，实现分布处理的目的。 1.1.4 计算机网络的分类 计算机网络的分类方法多种多样。从不同的角度可以得到不同的类型：按网络的覆盖区 域分为广域网（WAN）、局域网（LAN）和城域网（MAN）；按信息交换方式分为电路交换网、报 文交换网和分组交换网；按网络拓扑结构分为总线网、环型网和星型网；按通信介质可分为 双绞线网、光纤网、卫星网、微波网等；按传输信号或传输方式可分为基带网和宽带网；按 通信传播方式可分为点对点传播方式网和广播方式网；而按网络的使用范围又可分为专用网 和公用网等等。 常用的网络分类是按网络的覆盖区域来划分。 1．广域网 广域网（WAN，Wide Area Network）一般是跨城市、地区、甚至跨国家组建的网络，它 的覆盖范围通常从一百公里到数万公里。广域网的通信子网主要使用分组交换技术，它常借 助公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网。它的传输速率较低，一般为9.6Kb/s～ 45Mb/s之间。由于传输距离远，又主要依靠公用传输网，所以，误码率较高。 广域网的发展始于20世纪60年代，其典型代表是美国国防部的ARPANET网。在我国， 与Internet相连的中国公用计算机互联网（CHINANET）、中国金桥网（CHINAGBN）和中国教 育科研网（CERNET）都是广域网。由中国电信经营的覆盖全国的中国公共数据网（CHINAPAC） 和中国数字数据网（CHINADDN）也是广域网。 2．局域网 局域网（LAN，Local Area Network）的覆盖范围一般从几十米到几公里，最大距离不 超过10公里，属于一个部门或单位组建的小范围内的网络，例如，在一个办公楼、一所校园 内、一个企业内等。局域网的传输速率一般在4Mb/s～1000Mb/s之间。局域网组网方便、成 本低及使用灵活等特点，深受用户欢迎，是目前计算机网络技术中最活跃的一个分支。 3．城域网 城域网（MAN，Metropolitan Area Network）的覆盖范围在广域网和局域网之间，通常 在几公里到100公里之间，规模如一个城市。它的运行方式类似局域网。城域网的传输速率 一般从45Mb/s～150Mb/s。它的传输介质一般以光纤为主。如今的城域网已经实现大量用户 之间的数据、语音、图形与视频等多媒体信息的传输功能。 1.1.5 计算机网络的组成 计算机网络在物理结构上，可分为网络硬件和网络软件组成，如图1-4所示。 ７ 计算机网络技术及应用 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 、数据库应用系统等）应用软件（如 ）、协议软件（如 ）、、　网络操作系统（如 网络软件 关）器、网桥、路由器、网网络互连设备（如中继 同轴电缆、光纤）传输介质（如双绞线、 节点处理机（交换机） 网络适配器（网卡） 网络工作站 网络服务器 计算机 网络硬件 计算机网络 SPXIPXIP UnixLinuxServerWindows // 2000 IE TCP 图1-4 计算机网络的物理组成 有关计算机网络物理组成的相关内容将在本书后面章节介绍。 1.2 数据传输介质 传输介质是网络中信息传输的物理通道，是网络通信的物质基础之一。传输介质可根据 其物理形态分为有线介质和无线介质两大类。有线介质常用的有双绞线、同轴电缆和光纤等； 无线介质有微波通信、卫星通信、红外线和激光等。传输介质的性能对传输速率、通信距离、 可连接的网络节点数目和数据传输的可靠性等均有很大的影响，必须根据不同的通信要求， 合理地选择数据传输介质。 1.2.1 双绞线 双绞线也称双扭线，是最常用的一种计算机网络传输介质，它由呈螺旋形排列的两根绝 缘导线组成，两根导线相互扭绞在一起，目的是使线对之间的电磁干扰减至最小。通常将若 干对双绞线对（2对或4对）组成一条双绞线电缆，并以坚韧的护套包裹着，如图1-5所示。 ８ 第一章 计算机网络概论 图1-5 双绞线电缆横断面 目前，在局域网中所使用的双绞线有无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）和 屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）两类。屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线的主要不同是 增加了一层网状金属线，用作屏蔽层，其作用是为了增强双绞线的抗电磁干扰性。无屏蔽双 绞线没有屏蔽层，对电磁干扰的敏感性较大，电气特性较差，但它的最大优点是价格便宜， 易于安装和重新配置，所以，无屏蔽双绞线应用非常广泛。 无屏蔽双绞线有明确的规程划分，电气工业协会（EIA）将其划分为五类： ·1、2类线是语音和低速数据线，带宽≤4Mb/s。 ·3类线为数据线，带宽为10～16Mb/s。 ·4类线为数据线，带宽≤20Mb/s。 ·5类线是高速数据线，带宽≤100Mb/s。 通常，计算机网络所使用的是3类和5类线。其中，10 BASE-T使用的是3类线，100 BASE-T 使用的是5类线。 1.2.2 同轴电缆 同轴电缆是局域网中应用较为广泛的一种传输介质。它由内、外两个同心导体构成，内 导体是单股或多股线；外导体是一层网状金属柱面，在两者之间有绝缘材料充填固定保证内 外导体同轴，最外层是橡胶或塑料保护层，如图1-6所示。 保护层 绝缘层 内导体 外导体 图1-6 同轴电缆 ９ 计算机网络技术及应用 按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆 传输的是数字信号，宽带同轴电缆传输的是不同频率的模拟信号。常用的同轴电缆线型号参 见表1-1。 表1-1 常用的同轴电缆 名称 型号 阻抗（Ω）传输信号 典型应用 粗同轴电缆 RG-11 50 数字信号 10 BASE-5 细同轴电缆 RG-58A/U 50 数字信号 10 BASE-2 宽带同轴电缆 RG-59U 75 模拟信号 CATV、宽带LAN 宽带同轴电缆在传输数据时，可利用频分多路复用技术，实现数字信号、语音信号和视 频图像等信号的同时传输。宽带同轴电缆的性能比基带同轴电缆好，但需要附加信号处理设 备，且安装较困难，适用于构建宽带局域网。 1.2.3 光导纤维 光导纤维电缆简称光缆或光纤，是数据传输中最有效的一种传输介质，在现代通信系统 和计算机网络中得到了广泛的应用。 光纤由三部分组成：光纤芯、包层和保护外层。光纤芯是光纤的导体部分，由导光性极 好的玻璃纤维或塑料制成，包层大多是塑料或塑料涂层，最外面是塑料制成的保护外层。其 结构如图1-7所示。 保护外层 包层 纤芯 图1-7 光纤电缆纵剖面结构示意图 光纤主要分为以下两类： 1．单模光纤（Single Mode Fiber） 单模光纤的纤芯直径很小（<10μm），光束在纤芯内以直线方式传输，其频率单一，没 有折射。单模光纤具有传输频带宽、容量大、传输损耗小等特点，多用于长距离数据传输。 2．多模光纤（Multi Mode Fiber） 光束在纤芯内以波浪式向前传输，多种频率共存，光纤芯直径大多在50μm以上。与单 模光纤相比，多模光纤频带较窄、传输衰减大，但其耦合损失较小、易于连接、价格明显便 宜，常用于中、短距离的数据传输和局域网中。 光纤通信具有如下特点： 1．优点 ⑴通信容量大，传输速率高。传输速率可达几十Mb/s至几千Mb/s。 １０ 第一章 计算机网络概论 ⑵抗电磁干扰能力强，安全无辐射，安全保密性能好。 ⑶传输衰减极小，误码率低，可实现长距离、无中继、高速数据传输。 2．缺点 ⑴价格较贵。 ⑵光纤的安装、连接和分接都较困难，且在分接时信号损失较大。 光纤由于其成本较高，安装困难，使其应用受到限制。目前主要用于要求传输速率高、 抗干扰性强的主干网络上。 1.2.4 无线介质 无线传输介质与有线传输介质的最大不同之处是：它不使用电能或光能作为导体传输信 号，而是利用电磁波通过空间来传输。无线介质非常适合于那些难于铺设电缆的边远山区和 沿海岛屿等。目前最常用的无线传输介质有微波通信和卫星通信。 1．微波通信 微波通信是把微波信号作为载波信号，用被传输的模拟信号或数字信号来调制它。微波 沿直线传播，由于地球表面是曲面，故每隔几十公里便需要进行中继。微波通信对环境干扰 不敏感，但受障碍物的影响大，所以，微波的收发器必须安装在建筑物的外面，最好放在建 筑物顶部。 微波通信的优点是调制技术成熟，通信容量大，传输频率宽，受外界干扰小，初建成本 低；缺点是保密性差，误码率高。 2．卫星通信 为了增加微波的传输距离，应提高微波收发器或中继站的高度。当将微波中继站放在人 造卫星上时，便形成了卫星通信系统，可见，卫星通信是一种特殊的微波中继系统。用卫星 上的中继站接收从地面发来的信号后，加以放大整形后再发回地面。一个同步卫星可以覆盖 地球三分之一（120度）以上的地表，这样，利用三个相距120度的卫星便可覆盖整个地球 上的全部通信区域。 卫星通信的优点是：覆盖面积大，可靠性高，信道容量大，传输距离远，传输成本不随 距离的增加而增大，主要适用于远距离广域网络的传输。缺点是卫星成本高、传播延迟时间 长、受气候影响大，保密性较差。 1.2.5 数据通信的若干术语 1．信道 信道是信号的传输通道，可分为物理信道和逻辑信道。物理信道是指用来传送信号的物 理通道，它由传输介质和有关通信设备组成。逻辑信道是在信号的源节点和目的节点之间的 一条物理信道上，通过节点设备内部的连接来实现的信道。通常把逻辑信道称为连接或链路。 2．带宽 在模拟信道中，人们一般采用“带宽”表示信道传输信号的能力，即可传输信号的最高 频率和最低频率之差，单位为Hz、kHz、MHz或GHz。例如，电话信道的带宽为300Hz～3400Hz。 决定信道的带宽因素主要有传输介质、接口部件、传输协议和传输信息的特性等。带宽是传 输系统的一个重要的参数，带宽的大小对信道的容量、传输速率和抗干扰性等都有较大的影 １１ 计算机网络技术及应用 响。一般来说，信道的带宽大，信道的容量也大，传输速率也相应快。 3．传输速率 在数据信道中，人们通常用“传输速率”表示信道的传输能力，即每秒传输的比特（bit） 数（二进制位数），单位为b/s、Kb/s、Mb/s或Gb/s。例如，细同轴电缆的传输速率为10Mb/s。 习惯上又把传输速率称为带宽。例如，某局域网的出口带宽是100M。 1.3 计算机网络的拓扑结构 对于复杂的网络结构设计，人们引入了拓扑结构的概念。拓扑学是几何学中的一个分支， 它是从图论演变过来的。拓扑学首先把实体抽象为与其大小、形状无关的“点”，并将连接实 体的线路抽象为“线”，进而研究点、线、面之间的关系。 1.3.1 计算机网络拓扑结构的定义 计算机网络拓扑结构是指一个网络的通信链路和节点的几何排列或抽象的布局图形。 计算机网络拓扑是通过计算机网络中的各个节点与通信线路之间的几何关系来表示网 络结构，并反映出网络中各实体之间的结构关系。因此，计算机网络拓扑结构主要是指它的 通信子网的拓扑结构。拓扑设计是设计计算机网络的第一步，也是实现各种协议的基础。而 网络拓扑结构直接关系到网络性能、系统可靠性与通信费用等因素。 1.3.2 计算机网络拓扑结构的类型 计算机网络拓扑结构根据通信系统的传输方式可分为两大类：点对点传输结构和广播传 输结构。 1．点对点传输结构 点对点传输结构就是在计算机网络中，每条物理线路连接一对节点。它又分为四类：星 型结构、环型结构、树型结构和网状结构。 ⑴星型结构 如图1-8所示，星型结构是用每条线路将各个节点和中心节点相连的结构。在星型结构 中，中心节点控制整个网络的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。它的优点是 结构简单，易于实现，便于管理。缺点是中心节点出故障时，整个网络系统就可能瘫痪，可 靠性差。 图1-8 星型结构 图1-9 环型结构 ⑵环型结构 １２ 第一章 计算机网络概论 如图1-9所示，环型结构是网络中的节点通过点到点通信线路连接成闭合环路的结构。 在环型结构中，环中数据将沿一个方向逐个节点的传送。环型结构也较简单，网络中传输延 时也是确定的。但环中任何一个节点出现故障，都可能造成网络瘫痪，而且环型结构的维护 较复杂。 ⑶树型结构 如图1-10所示，树型结构的特点是节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点 之间进行，同层次的节点之间很少有数据交换。实际上，树型结构是星型结构的扩展，只是 有多个中心节点。树型结构的优点是通信线路连接简单，网络容易管理维护。它的缺点是资 源共享能力差，可靠性也较差。 ⑷网状型结构 如图1-11所示，网状型结构的特点是网络中的节点之间的连接是任意的，无规律的。 在网状结构中，节点之间可能有多条路径选择。因此，其中个别节点发生故障对整个网络影 响不大。网状结构的主要优点是系统可靠性高。它的缺点是网络系统结构复杂，一般成本较 高。 2．广播传输结构 广播传输结构是用一个公共的传输介质，把网络上的所有节点连接起来，这样当任何一 个节点发送信息时，连接到线路上的所有节点都可以收到。广播传输结构主要有总线型网络、 卫星通信和微波通信等。 ⑴总线型结构 如图1-12所示，总线型结构是网络中的各个节点连接在一条公共的通信线路上的结构， 数据在总线上双向传输。总线型结构的优点是结构简单，可靠性较高和易于网络的扩充。它 的缺点是节点的数量对数据传输速度影响较大，一旦网络出现故障，故障定位困难。 图1-10 树型结构 图1-11 网状型结构 图1-12 总线结构 ⑵卫星通信和微波通信 由于卫星和微波通信是采用电磁波形式在空中传播，所以就无法确定其具体的结构形 式，可以看作是一种任意型的网络传输。优点是可实现长距离的传输，且信道容量大。缺点 １３ 计算机网络技术及应用 是受气候影响大，保密性较差。 1.4 计算机网络的应用 1.4.1 办公自动化 1．电子政府 “电子政府”是一个利用计算机网络技术，有效地实现政府行政、服务及内部管理等功 能，在政府、社会和公众之间建立有机服务系统的集合。它有内部管理、行政管理、对公众 的服务等方面的应用。政府内部的管理应用：如文件的传递与交换，电子邮件，利用计算机 的语音留言来完成办公自动化，电子化的人事管理，电子化的计划管理，电子化的档案管理 等等。行政管理：如电子化的交通管理，电子化的税收管理，电子化的工商管理以及电子法 规等等。服务大众的应用：如电子化的网上办公，网上进行的政策及办公咨询，网上进行的 政策及信息发布，电子化的人才信息管理，网上就业市场等等。应当说，电子政府利用计算 机网络可以大大提高政府的办公效率，而且为公众提供了一个永远不会下班的政府，可以说 是为公众提供了一个可以在任何时候和任何地点都可以获得帮助的政府。不论是进行信息的 查询，还是进行一些需要政府办的事，都可以利用互联网或相应的通讯设备进行，而不必象 过去那样，办一件事必须与公务员面对面的进行才能完成所办的事务。由于电子政府可以不 分时间和地点地进行，因此使政府的工作真正处于了全天候的状态，当然也使政府的办公地 点不再受地理区域的限制。可以说，电子政府系统的建立，将使部门与部门之间，上级与下 级之间的工作协调和内部办事效率大大提高，更大程度上使政府对城市和社会的管理工作水 平上一个台阶。 2．电子邮件服务 电子邮件(Electronic Mail简称E-Mail)是用电子方式代替邮政人员或单位内部装在信封 内传递的信件，包括文字、图片、数据、软件等各种信息。电子邮件是计算机网络发展到一定 阶段的产物，它是办公业务中的一项重要活动。 3．可视会议 可视会议又称为电视会议，是一种提供无距离的面对面会议的通信工具，与会者只需坐在 自己的计算机前，不需要亲临会议地点，人们可以一起讨论、解决问题，这种同时可以传输声 音、图像的系统，往往通过宽带、高速的局域网实现。 4．分布式数据库 随着办公现代化的发展，计算机网络的渗透越来越强，数据库处理也由集中式发展成为分 布式。分布式数据库是由分布于一个网络的若干个节点上的数据库组成，它们在物理上是分散 的，而在逻辑上是完整的。分布式数据库具有可靠性高（节点发生故障时数据容易恢复）、响 应时间短、扩充容易、管理方便等突出优点。 1.4.2 电子商务 1．电子数据交换 １４ 第一章 计算机网络概论 电子数据交换 (Electronic Data Interchange简称EDI)是将金融、贸易、运输、保险、 海关等行业信息，用一种国际公认的标准格式，通过计算机网络通信，实现各企事业单位之间 的数据交换，并完成以贸易为中心的业务过程。EDI在发达国家已经得到广泛应用，我国的“三 金”(金关、金桥、金卡)工程之一的“金关”工程就是作为EDI的通信平台而建。 2．电子商务 计算机网络在现代商务活动中也起着举足轻重的作用。电子商务就是以计算机网络为基 础，通过网络完成产品订货、产品宣传、产品交易以及货币支付等贸易环节。目前最完整的 也是最高级的电子商务是利用Internet网络进行全部的贸易活动，即在网上将信息流、资金 流和部分的物流完整地实现。也就是说，你可以从寻找客户开始，一直到洽谈、订货、在线 付（收）款、开电子发票以至到电子报关、电子纳税等通过Internet全部实现。电子商务和 传统的商务活动不同，它不受时间和空间的限制，而且电子商务节省时间，也大大降低了经 营成本。 电子商务活动是指以下列方式所进行的交易或商务活动：(1)通过Internet进行的交易， 如联机商店(Online Shop)和网上直销(Internet Direct Sale)；(2)通过Internet进行商务 活动，如联机服务(Online Service)和网上广告(Internet Adv.)等；(3)通过增值网络 (Value-added network)进行的电子交易和服务，如通过EDI进行采购和报关等；(4)通过连 接企业或机构的计算机网络发生的交易和服务。 1.4.3 在线服务 在线服务（Online Service）是用户通过计算机网络得到诸如天气预报、交通状况、电 子邮件、图文传真、远程教育、购物、订票等各种服务的系统。随着计算机系统的价格不断 降低、通信费用的下降，在线服务会发展得越来越快、越来越完善。 1．远程教育 远程教育又称为电子教育，是利用计算机网络进行教育的一种新型的教学模式。美国在 20世纪80年代末和90年代初开始开展电子教育，学员可以在家中利用自己的计算机网络读 完从大学学士到博士学位的所有课程，并获得相应的学位。 利用电子教育，学生可以在自己计算机上运行计算机辅助教学（Computer Aided Instruction 简称CAI）软件，可以自己掌握课程的进度，从根本上解决了定时教育带来的 弊端，给在职人员的继续学习深造带来了方便。 2．校园网 校园网是在学校校园内用以完成计算机资源及其他网内资源共享的通信网络，在发达国 家由于计算机网络发展较早，学校校园网已经普及。我国的校园网发展也很快，1978年清华 大学率先建立起校园网，随后各大学也相继建立起校园网，有条件的一些中学也都纷纷建立 校园网。可以毫不夸张地说，一所学校校园网存在与否是衡量学校学术与管理水平的重要标 志，是提高教学质量、科研水平不可缺少的技术支持。 校园网具有下列功能： ⑴支持不同类型的计算机之间的连接，不同类型的工作站之间的连接； ⑵提供文件服务功能：各用户可以将数据存储到网络服务器的硬盘，便于数据维护和共 享； １５ 计算机网络技术及应用 ⑶共享网络打印机； ⑷图书馆管理系统：随着声音、图像、文字资料进入计算机系统，网络用户可以更方便 地获取信息； ⑸行政管理系统：为行政管理人员提供各种信息服务，便于提高行政管理水平； ⑹电子邮件服务：可以为通信双方提供快捷、方便的服务。 3．金融管理 在金融领域，证券交易、期货交易及信用卡等业务也离不开计算机网络。而且随着电子 商务的发展，金融业和计算机网络结合愈加紧密，许多金融业务都纷纷移植到了网络上。人 们通过Internet网络在家中就可以储蓄、可以买卖股票。 此外，计算机网络在军事、娱乐等方面也影响巨大。上网甚至成为人们休闲消遣的一种 方式。 1.5 网络操作系统简介 1.5.1 网络操作系统概述 类似于微型计算机需要DOS和Windows等操作系统一样，计算机网络也需要有相应的操 作系统支持。网络操作系统（NOS，Network Operation System）是使网络上各计算机能方便 而有效地共享网络资源，为网络用户提供所需的各种服务的软件和有关规程的集合，是网络 环境下，用户与网络资源之间的接口。对于局域网来说，人们选择LAN产品，很大程度是在 选择网络操作系统。几乎所有网络功能都是通过其网络操作系统来体现的，它代表着整个网 络的水平。 1．网络操作系统的功能 网络操作系统除了具备单机操作系统所需的功能外，如内存管理、CPU管理、输入输出 管理、文件管理等，还应有下列功能： ⑴提供高效可靠的网络通信能力； ⑵共享资源管理； ⑶提供多项网络服务功能，如远程管理、文件传输、电子邮件、远程打印等； ⑷网络管理； ⑸提供网络接口等。 2．网络操作系统的特点 作为网络用户和计算机网络之间的接口，一个典型的网络操作系统一般具有以下特征： ⑴硬件独立 也就是说，它应当独立于具体的硬件平台，支持多平台，即系统应该可以运行于各种硬 件平台之上。例如，可以运行于基于X86的Intel系统，还可以运行于基于RISC精简指令集 的系统诸如DEC Alpha，MIPS R4000等。用户作系统迁移时，可以直接将基于Intel系统的 机器平滑转移到RISC系列主机上，不必修改系统。为此Microsoft提出了HAL(硬件抽象层) 的概念。HAL与具体的硬件平台无关，改变具体的硬件平台，毋须作别的变动，只要改换其 １６ 第一章 计算机网络概论 HAL，系统就可以作平稳转换。 ⑵网络特性 具体来说就是管理计算机资源并提供良好的用户界面。它是运行于网络上的，首先需要 能管理共享资源，比如Novell公司的NetWare最著名的就是它的文件服务和打印管理。 ⑶可移植性和可集成性 具有良好的可移植性和可集成性也是现在网络操作系统必须具备的特征。 ⑷此外还包括多用户、多任务。在多进程系统中，为了避免两个进程并行处理所带来的 问题，可以采用多线程的处理方式。线程相对于进程而言需要较少的系统开销，其管理比进 程易于进行。抢先式多任务就是操作系统不专门等待某一线程的完成后，再将系统控制交给 其他线程，而是主动将系统控制交给首先申请得到系统资源的其他线程，这样就可以使系统 具有更好的操作性能。支持SMP(对称多处理)技术等等都是对现代网络操作系统的基本要求。 目前，可供选择的网络系统多种多样，涉及的因素也很多，而网络操作系统是组建网络 的关键因素之一。目前流行网络操作系统有：Windows、NetWare、Unix、Linux等，下面对 它们作一简单介绍。 1.5.2 Unix网络操作系统 自从1969年AT&T Bell实验室研究人员创造了Unix之后，Unix不断发展，逐渐成为了 主流操作系统。虽然当前Windows系列已经占据了桌面计算机的领域，在网络服务器领域也 得到了部分用户的承认，但在高端工作站和服务器领域，Unix仍然具有无可替代的作用，尤 其在Internet服务器方面，Unix的高性能、高可靠性以及高度可扩展的能力仍然是其他操 作系统所不能代替的。 目前，Unix常用的版本有AT＆T和SCO公司推出的Unix SVR3.2、Unix SVR4.0以及由 Univell推出的Unix SVR4.2等。从Unix SVR3.2开始，TCP／IP协议便以模块方式运行于 Unix操作系统上。从4.0版开始，TCP／IP已经开始成了Unix操作系统的核心组成部分。 Unix属于集中式处理的操作系统，它具有多任务、多用户、集中管理、安全保护性能好 等许多显著的优点，因此，在讲究集成、通讯能力的现在，它在市场上仍占有一定份额，在 Internet中较大的服务器上大多使用了Unix操作系统。众多的Internet的ISP（Internet Service Provider）站点也在使用着Unix操作系统。 由于普通用户不易掌握Unix系统，因此，在局域网上很少使用Unix网络操作系统。 1.5.3 Novell公司的网络操作系统NetWare 从20世纪80年代起，Novell公司充分吸收Unix操作系统的多用户、多任务的思想， 推出了网络操作系统NetWare。由于它的设计思想成熟、实用，并实施了开放系统的概念， 如文件服务器概念、系统容错技术及开放系统体系结构（OSA），所以NetWare己逐渐成为世 界各国局域网操作系统的标准。 NetWare的发展主要经历了NetWare 86、286和386等阶段。每个阶段的NetWare都推 出了不同的版本。例如，NetWare 386 V3.1x、NetWare 4.x和NetWare 386 SFTⅢ等。其中， NetWare 4.x和5.0的推出，使Novell公司在网络操作系统市场上仍保持先进水平。NetWare 以其先进的目录服务环境，集成、方便的管理手段，简单的安装过程等特点，受到用户的好 １７ 计算机网络技术及应用 评。 但是，应当指出，随着Windows系列操作系统的广泛使用，NetWare的市场份额正在逐 步减少。 1.5.4 Microsoft公司的网络操作系统 20世纪80年代末期，Microsoft公司为了与局域网市场的霸主Novell公司争夺世界局 域网市场，推出了LAN Manager 2.x版本的网络操作系统。但由于LAN Manager自身在容错 能力和支持方面比不上NetWare，所以，并没有动摇NetWare在局域网市场的地位。经过艰 苦的努力，Microsoft公司于1995年10月推出了Windows NT Server 3.51网络操作系统， Server 3.51的可靠性、安全性及较强的网络功能赢得了许多网络用户的欢迎。同年， Microsoft公司开发的Windows 95操作系统一推出就受到了大部分PC机用户的爱戴。因此， Windows NT在局域网市场上己成为NetWare主要的竞争对手。 1996年微软公司推出了界面和Windows 95基本相同而内核是NT Server3.51的延续的 Windows NT 4.0版。Windows NT 4.0是全32位的操作系统，提供了多种功能强大的网络服 务功能，如文件服务器、打印服务器、远程访问服务器以及Internet信息服务器等。Windows NT Server 4.0的系统结构是建立在最新的操作系统理论基础上的，如 Windows NT内置了建 立Web 服务器、FTP服务器和Gopher服务器的工具。因此它的性能比NetWare和Unix更优 越，所以它已经广泛占有市场，大有取代NetWare在网络操作系统领域霸主地位的趋势。 2000年3月微软公司推出了Windows NT 4.0升级版，新版本的命名为Windows 2000 Server。它集成了最新最强的Internet应用程序和服务。 1.5.5 Linux 网络操作系统 Linux 是一种可以运行在PC机上的免费的Unix操作系统。它是由芬兰赫尔辛基大学的 学生 Linus Torvalds 在1991年开发出来的。 Linus Torvalds 把 Linux 的源程序在 Internet 上公开，世界各地的编程爱好者自发组织起来对 Linux 进行改进和编写各种应用 程序，今天Linux已发展成一个功能强大的操作系统，成为操作系统领域最耀眼的明星。 Linux的兴起可以说是Internet创造的一个奇迹。1991年底，Linus Torvalds首次在 Internet上发布了基于Intel 386体系结构的Linux源代码，从此以后，奇迹开始发生了。 由于Linux具有结构清晰、功能简捷等特点，许多大专院校的学生和科研机构的研究人员纷 纷把它作为学习和研究的对象。他们在更正原有Linux版本中错误的同时，也不断地为Linux 增加新的功能。在众多热心者的努力下，Linux逐渐成为一个稳定可靠、功能完善的操作系 统。一些软件公司，如Red Hat、InfoMagic等也不失时机地推出了自己的以Linux为核心的 操作系统版本，这大大推动了Linux的商品化。在一些大的计算机公司的支持下，Linux还 被移植到以Alpha APX、PowerPC、Mips及Sparc等为处理机的系统上。Linux的使用日益广 泛，其影响力直逼Unix。 Linux包含了人们期望操作系统拥有的所有特性，真正的多任务、虚拟内存、世界上最 快的TCP/IP驱动程序、共享库和多用户支持。与Windows不同，Linux完全在保护的模式下 运行，并全面支持32位和64位多任务处理。 Linux的商业应用项目很多。代替商品化Unix和Windows作为Internet服务器使用是 １８ 第一章 计算机网络概论 Linux的一项重要应用。以Linux和Apache 为基础的Internet和Intranet 服务器价格低 廉、性能卓越和易于维护。在美国，大多数廉价服务器以Linux为基础。根据Infobeads的 考察，有26％或更多的ISP在利用Linux。Linux能用作WWW服务器、域名服务器、防火墙、 FTP 服务器、邮件服务器等。 在相同的硬件条件下（即使是多处理器），Linux通常比Windows 、NetWare和大多数 Unix系统的性能要卓越。至今已经有上万个ISP、许多大学实验室和商业公司选择了Linux， 因为所有人都期望拥有在各种环境中均很可靠的服务器和网络。 本书将在第五、六、七、八章分别介绍Windows 2000 Server和Red Hat Linux9.0网 络操作系统。 习 题 一 1． 什么是计算机网络？它的发展经历了哪几个阶段？ 2．计算机网络的主要功能有哪些？ 3．按网络覆盖的地理范围可以将计算机网络分为几种？ 4．局域网与广域网的区别有哪些？ 5．计算机网络由几部分组成？各有什么功能？ 6. 什么是数据传输介质？常用的有哪几类？ 7．UTP是什么传输介质？它有什么特点？它分为哪几类？ 8．STP是什么传输介质？它有什么特点？ 9．常用的同轴电缆有哪几种？并举例说明它们的应用场合。 10．光纤具有哪些特点？适用于什么场合？ 11．常用的无线介质有哪几种？什么情况下应当使用无线传输介质？ 12．影响传输介质选择的主要因素有哪些？ 13．什么是计算机网络的拓扑结构？典型的计算机网络拓扑结构有哪几种？ 14．当前计算机网络的应用主要有哪些？试举例说明。 15．目前网络操作系统主要有哪几类？各有什么特点？ １９