第1章 計算機網絡基礎
計算機網絡已經擴展到日常生活的各個層面，時刻影響著人們的行為方式。無論在家里、單位，還是在路上，人們都離不開網絡，網絡已成為生活和工作中重要的組成部分。網絡新技術的發展讓這個數字化的世界變得越來越豐富。
從某種意義上來說，計算機網絡的發展水平不僅反映出一個國家計算機和通信技術的水平，而且已成為衡量國家綜合實力乃至現代化程度的重要標志之一。
1.1 計算機網絡概述
計算機網絡是將若干臺獨立的計算機通過傳輸介質相互物理地連接，并通過網絡軟件邏輯地相互聯系到一起而實現信息交換、資源共享、協同工作和在線處理等功能的計算機系統。它給人們的生活帶來了極大的便利，如辦公自動化、網上銀行、網上訂票、網上查詢、網上購物等。計算機網絡不僅可以傳輸數據，也可以傳輸圖像、聲音、視頻等多種媒體形式的信息，計算機網絡不僅廣泛應用于政治、經濟、軍事、科學等領域，而且已應用于社會生活的方方面面。
1.1.1 計算機網絡的基本概念
計算機網絡(Computer Network)是利用通信線路和通信設備，把分布在不同地理位置的具有獨立功能的多臺計算機、終端及其附屬設備互相連接，按照網絡協議進行數據通信，利用功能完善的網絡軟件實現資源共享的計算機系統的集合。計算機網絡是計算機技術與通信技術結合的產物。
在計算機網絡中，多臺計算機之間可以方便地互相傳遞信息，因此，資源共享是計算機網絡的一個重要特征。用戶能夠通過網絡來共享軟件、硬件和數據資源。
現代計算機網絡可以提供多媒體信息服務，如圖像、語音、視頻、動畫等。各種新的網絡應用也不斷出現，如視頻點播VOD(Video On Demand)、網上交易(E-Marketing)、視頻會議(Video Meeting)等。
1.1.2 計算機網絡的演變
進入21世紀以來，計算機網絡獲得了飛速的發展。回顧20世紀90年代，在我國還很少有人接觸網絡。而現在，計算機通信網絡和Internet已成為我們日常生活的一部分。網絡被應用于工商業的各個方面，包括電子銀行、電子商務、現代化的企業管理、信息服務業等，都以計算機網絡系統為基礎。從學校遠程教育到政府日常辦公，乃至現在的電子社區，很多方面都離不開網絡技術。可以毫不夸張地說，計算機網絡在當今世界無處不在。
20世紀50年代中期，美國半自動地面防空系統(Semi-AutomaticGround Environment，SAGE)開始了計算機技術與通信技術相結合的嘗試，在SAGE系統中，把遠程的雷達和其他測控設備的信息經由線路匯集至一臺IBM計算機上進行集中處理與控制。
世界上公認的、成功的第一個遠程計算機網絡，是在1969年由美國高級研究計劃署(Advanced ResearchProjects Agency，ARPA)組織研制成功的。該網絡被稱為ARPAnet，它是Internet的前身。
隨著計算機網絡技術的快速發展，計算機網絡的發展大致可以劃分為以下4個階段。
1. 誕生階段
20世紀60年代中期之前的第一代計算機網絡，是以單臺計算機為中心的遠程聯機系統。典型應用是由一臺計算機和全美范圍內2000多個終端組成的飛機訂票系統。終端是一臺計算機的外部設備，包括顯示器和鍵盤，無CPU和內存。隨著遠程終端的增多，為了減輕中心計算機的負載，在通信線路和計算機之間設置了一個前置處理機(Front End Processor，FEP)或通信控制處理機(Communication ControlProcessor，CCP)，專門負責與終端之間的通信控制，使數據處理和通信控制分開。在終端機較為集中的地區，采用了集中管理器(集中器或多路復用器)，用低速線路把附近群集的終端連起來，通過Modem及高速線路與遠程中心計算機的前端機相連。這樣的遠程聯機系統，既提高了線路的利用率，又節約了遠程線路的投資。
當時，人們把計算機網絡定義為：以傳輸信息為目的而連接起來的、實現遠程信息處理或進一步實現資源共享的系統。這樣的通信系統已經具備了網絡的雛形。
2. 形成階段
20世紀60年代中期至70年代的第二代計算機網絡，是以多臺主機通過通信線路互連起來的，為用戶提供服務，典型的代表是美國國防部高級研究計劃局協助開發的ARPAnet。主機之間不是直接用線路相連，而是由接口報文處理機(InterfaceMessage Processor，IMP)轉接后互連。IMP和它們之間互連的通信線路一起負責主機間的通信服務，構成了通信子網。通信子網互連的主機負責運行程序，提供資源共享，組成了資源子網。這個時期，網絡的概念為：以能夠相互共享資源為目的互連起來的，具有獨立功能的計算機的集合體。這就形成了計算機網絡的基本概念。
3. 互連互通階段
20世紀70年代末至90年代的第三代計算機網絡，是具有統一的網絡體系結構并遵循國際標準的開放式和標準化的網絡。ARPAnet興起后，計算機網絡發展迅速，各大計算機公司相繼推出了自己的網絡體系結構及實現這些結構的軟硬件產品。由于沒有統一的標準，不同廠商的產品之間互連很困難，人們迫切需要一種開放性的標準化實用網絡環境，在這種情況下，兩種國際通用的最重要的體系結構應運而生，即TCP/IP體系結構和國際標準化組織的OSI體系結構。
4. 高速網絡的技術階段
20世紀90年代末至今的第四代計算機網絡，是隨著網絡技術的不斷發展出現的高速網絡技術，如千兆網、萬兆網、3G乃至4G網絡，并且網絡功能向綜合化方向發展，支持多種媒體信息傳輸，并且速度越來越快。
1.1.3 計算機網絡的基本功能
計算機網絡最主要的功能，是資源共享和通信，除此之外，還有負荷均衡、分布處理和提高系統安全與可靠性等功能。其基本功能表現如下。
1. 軟、硬件共享
計算機網絡允許網絡上的用戶共享網絡上各種不同類型的硬件設備，可共享的硬件資源有：高性能計算機、大容量存儲器、打印機、圖形設備、通信線路、通信設備等。共享硬件的好處是提高硬件資源的使用效率、節約開支。
現在已經有許多專供網上使用的軟件，如數據庫管理系統、各種Internet信息服務軟件等。共享的軟件允許多個用戶同時使用，并能保持數據的完整性和一致性。特別是伴隨客戶機/服務器(Client/Server，C/S)和瀏覽器/服務器(Browser/Server，B/S)模式的出現，人們可以使用客戶機來訪問服務器，而服務器軟件是共享的。在B/S方式下，軟件版本的升級修改，只要在服務器上進行，全網用戶可立即享受。可共享的軟件種類很多，包括大型專用軟件、各種網絡應用軟件、各種信息服務軟件等。
2. 信息共享
信息也是一種資源，Internet就是一個巨大的信息資源寶庫，其上有極為豐富的信息，它像是一個信息的海洋，有取之不盡、用之不竭的信息和數據。每一個接入Internet的用戶都可以共享這些信息資源。可共享的信息資源有：搜索與查詢的信息，Web服務器上的主頁及各種鏈接，FTP服務器中的軟件，各種各樣的電子出版物，網上消息、報告和廣告，網上大學，網上圖書館等。
3. 通信
通信是計算機網絡的基本功能之一，它可以為網絡用戶提供強有力的通信手段。建設計算機網絡的主要目的，就是讓分布在不同地理位置的計算機用戶能夠相互通信、交流信息。計算機網絡可以傳輸數據以及聲音、圖像、視頻等多媒體信息。利用網絡的通信功能，可以發送電子郵件、打電話、在網上舉行視頻會議等。
4. 負荷均衡與分布處理
負荷均衡是指將網絡中的工作負荷均勻地分配給網絡中的各計算機系統。當網絡上某臺主機的負載過重時，通過網絡和一些應用程序的控制及管理，可以將任務交給網絡上其他的計算機去處理，充分發揮網絡系統上各主機的作用。分布處理將一個作業的處理分為三個階段：提供作業文件、對作業進行加工處理、把處理結果輸出。在單機環境下，上述三步都在本地計算機系統中進行。在網絡環境下，根據分布處理的需求，可將作業分配給其他計算機系統進行處理，以提高系統的處理能力，高效地實現一些大型應用系統的程序計算以及大型數據庫的訪問等。
5. 系統的安全與可靠性
系統的可靠性對于軍事、金融和工業過程控制等領域的應用特別重要。計算機通過網絡中的冗余部件，能夠大大提高可靠性。例如，在工作過程中，一臺計算機出了故障，可以使用網絡中的另一臺計算機；網絡中一條通信線路出了故障，可以取道另一條線路，從而提高網絡系統的整體可靠性。
1.1.4 計算機網絡的基本應用
隨著現代社會信息化進程的推進，通信和計算機技術迅猛發展，計算機網絡的應用變得越來越普及，幾乎深入到社會的各個領域。
1. 在教育、科研中的應用
通過全球計算機網絡，科技人員可以在網上查詢各種文件和資料，可以互相交流學術思想和交換實驗資料，甚至可以在計算機網絡上進行國際合作研究項目。在教育方面，可以開設網上學校，實現遠程授課，學生可以在家里或其他可以將計算機接入計算機網絡的地方，利用多媒體交互功能聽課，有什么不懂的問題，可以隨時提問和討論。學生可以從網上獲得學習參考資料，并且可通過網絡交作業和參加考試。
2. 在辦公中的應用
計算機網絡可以使單位內部實現辦公自動化，實現軟、硬件資源共享。如果將單位內部網絡接入Internet，還可以實現異地辦公。如通過WWW或電子郵件，公司可以很方便地與分布在不同地區的子公司或其他業務單位建立聯系，及時地交換信息。在外地的員工通過網絡還可以與公司保持通信，得到公司的指示和幫助。企業可以通過Internet搜集市場信息，并發布企業產品信息。
3. 在商業上的應用
隨著計算機網絡的廣泛應用，電子數據交換(Electronic DataInterchange，EDI)已成為國際貿易往來的一個重要手段，它以一種被認可的數據格式，使分布在全球各地的貿易伙伴可以通過計算機傳輸各種貿易單據，代替了傳統的貿易單據，節省了大量的人力和物力，提高了效率。通過網絡，可以實現網上購物和網上支付，例如，登錄“當當”網上書城(www.dangdang.com)購買圖書等。
4. 在通信、娛樂上的應用
在過去的20世紀中，個人之間通信的基本工具是電話，而21世紀中，個人之間通信的基本工具是計算機網絡。目前，計算機網絡所提供的通信服務包括電子郵件、網絡尋呼與聊天、BBS、網絡新聞和IP電話等。
目前，電子郵件已廣泛應用。Internet上存在著很多的新聞組，參加新聞組的人可以在網上對某個感興趣的問題進行討論，或是閱讀有關這方面的資料，這是計算機網絡應用中很受歡迎的一種通信方式。
網絡尋呼不但可以實現在網絡上進行尋呼的功能，還可以在網友之間進行網絡聊天和文件傳輸等。IP電話也是基于計算機網絡的一類典型的個人通信服務。
家庭娛樂正在對信息服務業產生著巨大的影響，它可以讓人們在家里點播電影和電視節目。新的電影可能成為交互式的，觀眾在看電影時，可以不時地參與到電影情節中去。家庭電視也可以成為交互式的，觀眾可以參與到猜謎等活動中。
家庭娛樂中最重要的應用可能是在游戲上，目前，已經有很多人喜歡上玩多人實時仿真游戲。如果使用虛擬現實的頭盔和三維、實時、高清晰度的圖像，我們就可以共享虛擬現實的很多游戲和進行多種訓練。
隨著網絡技術的發展和各種網絡應用需求的增加，計算機網絡應用的范圍在不斷擴大，應用領域越來越拓寬，越來越深入，許多新的計算機網絡應用系統不斷地被開發出來，如工業自動控制、輔助決策、虛擬大學、遠程教學、遠程醫療、信息管理系統、數字圖書館、電子博物館、全球情報檢索與信息查詢、網上購物、電子商務、電視會議、視頻點播等。
1.2 計算機網絡的結構組成
一個完整的計算機網絡系統是由網絡硬件和網絡軟件所組成的。網絡硬件是計算機網絡系統的物理實現，網絡軟件是網絡系統中的技術支持。兩者相互作用，共同完成網絡的功能。
(1) 網絡硬件：一般指網絡的計算機、傳輸介質和網絡連接設備等。
(2) 網絡軟件：一般指網絡操作系統、網絡通信協議等。
1.2.1 網絡硬件系統
計算機網絡硬件系統是由計算機(主機、客戶機、終端)、通信處理機(集線器、交換機、路由器)、通信線路(同軸電纜、雙絞線、光纖)、信息變換設備(Modem，即編碼解碼器)等構成的。
1. 主計算機
在一般的局域網中，主機通常被稱為服務器，是為客戶提供各種服務的計算機，因此，對其有一定的技術指標要求，特別是主、輔存儲容量及其處理速度要求較高。根據服務器在網絡中所提供的服務的不同，可將其劃分為文件服務器、打印服務器、通信服務器、域名服務器、數據庫服務器等。
2. 網絡工作站
除服務器外，網絡上的其余計算機主要是通過執行應用程序來完成工作任務的，我們把這種計算機稱為網絡工作站或網絡客戶機，它是網絡數據主要的發生場所和使用場所，用戶主要是通過使用工作站來利用網絡資源并完成自己的作業的。
3. 網絡終端
網絡終端是用戶訪問網絡的界面，它可以通過主機連入網內，也可以通過通信控制處理機連入網內。
4. 通信處理機
通信處理機一方面作為資源子網的主機、終端連接的接口，將主機和終端連入網內；另一方面，它又作為通信子網中分組存儲轉發的節點，完成分組的接收、校驗、存儲和轉發等功能。
5. 通信線路
通信線路(鏈路)為通信處理機與通信處理機、通信處理機與主機之間提供通信信道。
6. 信息變換設備
信息變換設備對信號進行變換，包括調制解調器、無線通信接收和發送器、用于光纖通信的編碼解碼器等。
1.2.2 網絡軟件系統
在計算機網絡系統中，除了各種網絡硬件設備外，還必須具有網絡軟件。
1. 網絡操作系統
網絡操作系統是網絡軟件中最主要的軟件，用于實現不同主機之間的用戶通信，以及全網硬件和軟件資源的共享，并向用戶提供統一的、方便的網絡接口，便于用戶使用網絡。
目前，網絡操作系統有三大陣營：Unix、NetWare和Windows。在我國，最廣泛使用的是Windows網絡操作系統。
2. 網絡協議軟件
網絡協議是網絡通信的數據傳輸規范，網絡協議軟件是用于實現網絡協議功能的軟件。
目前，典型的網絡協議軟件有TCP/IP協議、IPX/SPX協議、IEEE802標準協議系列等。其中，TCP/IP是當前異種網絡互連中應用最為廣泛的網絡協議。
3. 網絡管理軟件
網絡管理軟件是用來對網絡資源進行管理以及對網絡進行維護的軟件，如性能管理、配置管理、故障管理、計費管理、安全管理、網絡運行狀態監視與統計等。
4. 網絡通信軟件
網絡通信軟件是用于實現網絡中各種設備間的通信，使用戶能夠在不必詳細了解通信控制規程的情況下，控制應用程序與多個站進行通信，并對大量的通信數據進行加工和管理。
5. 網絡應用軟件
網絡應用軟件是為網絡用戶提供服務的，其最重要的特征，是它研究的重點不是網絡中各個獨立的計算機本身的功能，而是如何實現網絡特有的功能。
1.2.3 計算機網絡的拓撲結構
當我們組建計算機網絡時，要考慮網絡的布線方式，這也就涉及到了網絡拓撲結構的內容。網絡拓撲結構指網絡中的計算機線纜，以及其他組件的物理布局。
局域網常用的拓撲結構有總線型結構、環型結構、星型結構、樹型結構。
拓撲結構影響著整個網絡的設計、功能、可靠性和通信費用等許多方面，是決定局域網性能優劣的重要因素之一。
1. 總線型拓撲結構
總線型拓撲結構是指網絡上的所有計算機都通過一條電纜相互連接起來。
總線拓撲結構如圖1-1所示。在這種拓撲結構中，總線上任何一臺計算機在發送信息時，其他計算機必須等待。而且計算機發送的信息會沿著總線向兩端擴散，從而使網絡中的所有計算機都會收到這個信息，但是否接收，還取決于信息的目標地址是否與網絡主機地址相一致，若一致，則接收；若不一致，則不接收。
圖1-1 總線型拓撲結構
信號反射和終結器：在總線型網絡中，信號會沿著網線發送到整個網絡。當信號到達線纜的端點時，將產生反射信號，這種發射信號會與后續信號發生沖突，從而使通信中斷。為了防止通信中斷，必須在線纜的兩端安裝終結器，以吸收端點信號，防止信號反彈。
(1) 特點：不需要插入任何其他的連接設備。網絡中任何一臺計算機發送的信號都沿一條共同的總線傳播，而且能被其他所有計算機接收。有時又稱這種網絡結構為點對點拓撲結構。
(2) 優點：連接簡單、易于安裝、成本費用低。
(3) 缺點：傳送數據的速度緩慢，由于共享一條電纜，只能有其中一臺計算機發送信息，其他的接收信息；維護困難，因為網絡一旦出現斷點，整個網絡將癱瘓，而且故障點很難查找。
2. 星型拓撲結構
星型拓撲結構如圖1-2所示。
圖1-2 星型拓撲結構
在這種拓撲結構中，每個節點都由一個單獨的通信線路連接到中心節點上。中心節點控制全網的通信，任何兩臺計算機之間的通信都要通過中心節點來轉接。因此，中心節點是網絡的瓶頸，這種拓撲結構又稱為集中控制式網絡結構，這種拓撲結構是目前使用最普遍的拓撲結構，處于中心的網絡設備可以是集線器(Hub)，也可以是交換機。
(1) 優點：結構簡單、便于維護和管理，因為其中某臺計算機或線纜出現問題時，不會影響其他計算機的正常通信，維護比較容易。
(2) 缺點：通信線路專用，電纜成本高；中心節點是全網絡的瓶頸，中心節點出現故障會導致網絡癱瘓。
3. 環型拓撲結構
環型拓撲結構是以一個共享的環型信道連接所有設備，稱為令牌環，其結構如圖1-3所示。
圖1-3 環型拓撲結構
在環型拓撲中，信號會沿著環型信道按一個方向傳播，并通過每臺計算機，每臺計算機會對信號進行放大后，傳給下一臺計算機。同時，在網絡中有一種特殊的信號，稱為令牌，令牌按順時針方向傳輸。當某臺計算機要發送信息時，必須先捕獲令牌，再發送信息，信息發送后再釋放令牌。
環型結構有兩種類型，即單環結構和雙環結構。令牌環(Token Ring)是單環結構的典型代表，光纖分布式數據接口(FDDI)是雙環結構的典型代表。
環型結構的顯著特點，是每個節點用戶都與兩個相鄰節點用戶相連。
(1) 優點：電纜長度短。環型拓撲網絡所需的電纜長度與總線拓撲網絡的差不多，但比星型拓撲結構的要短得多。
增加或減少工作站時，只需簡單地連接，可使用光纖。光纖的傳輸速度很高，十分適合于環型拓撲的單向傳輸，其傳輸信息的時間是固定的，從而便于實時控制。
(2) 缺點：節點過多時影響傳輸效率，環某處斷開會導致整個系統失效，節點的加入和撤出過程復雜；檢測故障困難，因為不是集中控制，故障檢測需在網上各個節點進行，所以故障的檢測就不是很容易。
4. 樹型拓撲結構
樹型結構是星型結構的擴展，它由根節點和分支節點所構成，如圖1-4所示。
圖1-4 樹型拓撲結構
(1) 優點：結構比較簡單，成本低。擴充節點時方便靈活。
(2) 缺點：對根節點的依賴性大，一旦根節點出現故障，將導致全網不能工作；電纜成本高。
5. 網狀結構與混合型結構
網狀結構是指將各網絡節點與通信線路連接成不規則的形狀，每個節點至少與其他兩個節點相連，或者說，每個節點至少有兩條鏈路與其他節點相連，如圖1-5(a)所示。大型互聯網一般采用這種結構，如我國的教育科研網CERNET(b)、Internet的主干網，都采用網狀結構。
(1) 優點：可靠性高。因為有多條路徑，所以可以選擇最佳路徑，減少時延，改善流量分配，提高網絡性能。適用于大型廣域網。
(2) 缺點：結構復雜，不易管理和維護；線路成本高。
混合型結構是由以上幾種拓撲結構混合而成的，如環星型結構，它是令牌環網和FDDI網常用的結構。再如總線型和星型的混合結構等。
(a) 網狀拓撲結構 (b) CERNET主干網拓撲結構
圖1-5 網狀與混合型拓撲結構
1.3 計算機網絡的分類
由于計算機網絡自身的特點，其分類方法有多種。根據不同的分類原則，可以得到不同類型的計算機網絡。
1.3.1 按覆蓋范圍分類
(1) 按網絡所覆蓋的地理范圍的不同，計算機網絡可分為局域網(LAN)、城域網(MAN)、廣域網(WAN)。
① 局域網(Local Area Network，LAN)
局域網是將較小地理區域內的計算機或數據終端設備連接在一起的通信網絡。局域網覆蓋的地理范圍比較小，一般在幾十米到幾千米之間。它常用于組建一個辦公室、一棟樓、一個樓群、一個校園或一個企業的計算機網絡。局域網主要用于實現短距離的資源共享。圖1-6給出的是一個由幾臺計算機和打印機組成的典型局域網。
圖1-6 局域網
局域網的特點是分布距離近、傳輸速率高、數據傳輸可靠等。
② 城域網(Wide Area Network，WAN)
城域網是一種大型的?LAN，它的覆蓋范圍介于局域網和廣域網之間，一般為幾千米至幾萬米，城域網的覆蓋范圍在一個城市內，它將位于一個城市之內不同地點的多個計算機局域網連接起來，實現資源共享。城域網所使用的通信設備和網絡設備的功能要求比局域網高，以便有效地覆蓋整個城市的地理范圍。一般在一個大型城市中，城域網可以將多個學校、企事業單位、公司和醫院的局域網連接起來，共享資源。圖1-7給出的是由不同建筑物內的局域網組成的城域網。
圖1-7 城域網
③ 廣域網(Wide Area Network，WAN)
廣域網是在一個廣闊的地理區域內進行數據、語音、圖像信息傳輸的計算機網絡。由于遠距離數據傳輸的帶寬有限，因此，廣域網的數據傳輸速率比局域網要慢得多。廣域網可以覆蓋一個城市、一個國家，甚至于全球。因特網(Internet)是廣域網的一種，但它不是一種具體的、獨立性的網絡，它將同類或不同類的物理網絡(局域網、廣域網和城域網)互聯，并通過高層協議實現不同類網絡間的通信。如圖1-8所示是一個簡單的廣域網。
圖1-8 廣域網連接示意
(2) 按照網絡中計算機所處的地位的不同，可以將計算機網絡分為對等網和基于客戶機、服務器模式的網絡。
① 對等網
在對等網中，所有的計算機的地位是平等的，沒有專用的服務器。每臺計算機既作為服務器，又作為客戶機；既為別人提供服務，也從別人那里獲得服務。由于對等網沒有專用的服務器，所以在管理對等網時，只能分別管理，不能統一管理，管理起來很不方便。對等網一般應用于計算機較少、安全要求不高的小型局域網。
② 基于客戶機/服務器模式的網絡
在這種網絡中，有兩種角色的計算機，一種是服務器，一種是客服機。服務器一方面負責保存網絡的配置信息，另一方面也負責為客戶機提供各種各樣的服務。因為整個網絡的關鍵配置都保存在服務器中，所以，管理員在管理網絡時，只需要修改服務器的配置，就可以實現對整個網絡的管理了。同時，客戶機需要獲得某種服務時，會向服務器發送請求，服務器接到請求后，會向客戶機提供相應的服務。服務器的種類很多，有郵件服務器、Web服務器、目錄服務器等，不同的服務器可以為客戶提供不同的服務。我們在構建網絡時，一般選擇配置較好的計算機，在其上安裝相關服務，就成了服務器。而客戶機主要用于向服務器發送請求，獲得相關的服務。如客戶機向打印服務器請求打印服務，向Web服務器請求Web頁面等。
1.3.2 按傳播方式分類
按照傳播方式的不同，可將計算機網絡分為“廣播網絡”和“點-點網絡”兩大類。
1. 廣播式網絡
廣播式網絡是指網絡中的計算機或者設備使用一個共享的通信介質進行數據傳播，網絡中的所有節點都能收到任一節點發出的數據信息。
目前，在廣播式網絡中的傳輸方式有以下3種。
(1) 單播：采用一對一的發送形式，將數據發送給網絡中的所有目的節點。
(2) 組播：采用一對一組的發送形式，將數據發送給網絡中的某一組主機。
(3) 廣播：采用一對所有的發送形式，將數據發送給網絡中的所有目的節點。
2. 點-點網絡(Point-to-pointNetwork)
點-點式網絡即兩個節點之間的通信方式是點對點的。如果兩臺計算機之間沒有直接連接的線路，那么，它們之間的分組傳輸就要通過中間節點來接收、存儲、轉發，直至抵達目的節點。
點-點傳播方式主要應用于WAN中，采用的拓撲結構通常有星型、環型、樹型，以及網狀型。
1.3.3 按傳輸介質分類
根據傳輸介質，可將網絡分為有線網和無線網。
(1) 有線網(WiredNetwork)
① 雙絞線：其特點是比較經濟、安裝方便、傳輸率和抗干擾能力一般，廣泛應用于局域網中。
② 同軸電纜：俗稱細纜，現在逐漸淘汰。
③ 光纖電纜：特點是光纖傳輸距離長、傳輸效率高、抗干擾性強，是高安全性網絡的理想選擇。
(2) 無線網(WirelessNetwork)
① 無線電話網：是一種很有發展前途的聯網方式。
② 語音廣播網：價格低廉、使用方便，但安全性差。
③ 無線電視網：普及率高，但無法在一個頻道上與用戶進行實時交互。
④ 微波通信網：通信保密性和安全性較好。
⑤ 衛星通信網：能進行遠距離通信，但價格昂貴。
1.3.4 按傳輸技術分類
計算機網絡數據依靠各種通信技術進行傳輸。根據網絡傳輸技術分類，計算機網絡可分為以下5種類型。
(1) 普通電信網：普通電話線網，綜合數字電話網，綜合業務數字網。
(2) 數字數據網：利用數字信道提供的永久或半永久性電路，是以傳輸數據信號為主的數字傳輸網絡。
(3) 虛擬專用網：指客戶基于DDN智能化的特點，利用DDN的部分網絡資源，所形成的一種虛擬網絡。
(4) 微波擴頻通信網：是電視傳播和企事業單位組建企業內部網和接入Internet的一種方法，在移動通信中十分重要。
(5) 衛星通信網：是近年發展起來的空中通信網絡。與地面通信網絡相比，衛星通信網具有許多獨特的優點。
事實上，網絡類型的劃分在實際組網中并不重要，重要的是組建的網絡系統從功能、速度、操作系統、應用軟件等方面能否滿足實際工作的需要，是否能在較長時間內保持相對的先進性，能否為該部門(系統)帶來全新的管理理念、管理方法、社會效益和經濟效益等。
1.4 計算機網絡體系結構
所謂網絡體系，就是為了完成計算機之間的通信合作，把計算機互連的功能劃分成有明確定義的層次，規定同層次通信的協議及相鄰層之間的接口及服務等。將這些同層進程通信的協議及相鄰層之間的接口統稱為網絡體系結構(Computer Network Architecture)。
1.4.1 網絡體系結構
1. 網絡協議
網絡協議就是網絡中的計算機之間能夠進行相互交流的通信標準。計算機網絡由多臺互聯的計算機組成，計算機之間要不斷地交換數據和控制信息。要做到有條不紊地交換數據，每臺計算機都必須遵守一些事先約定好的規則。這些為網絡數據交換而制定的規則、約束和標準，被稱為網絡協議(Protocol)。
2. 網絡體系結構的分層原理
網絡協議對于計算機網絡是不可缺少的。一個功能完備的計算機網絡需要制定一套復雜的協議集，對于復雜的計算機網絡協議，最好的組織方式就是層次結構模型。計算機網絡層次結構模型和各層協議的集合定義為計算機網絡體系結構，表示計算機網絡系統應設置多少層，每層能提供哪些功能，以及各層之間的關系如何精確地定義等。
例如，在海南大學的你，要與在中山大學的同學通一封信，其大致過程如下。
(1) 把信寫好，然后投到郵箱中。
(2) 郵局的郵遞員把信從信箱中取走，送到郵局的分揀部門。
(3) 郵局分揀部門的工作人員按照郵政編碼或地址進行分揀、打包。
(4) 將郵包通過汽車、火車或飛機送到廣州市郵局。
(5) 廣州市郵局分揀部門的工作人員打開郵包，按單位地址再分類。
(6) 郵遞員把信送到中山大學的信箱。
(7) 你的同學打開郵箱，看到你的信。至此，通信過程完畢。
從上述過程中，可以得出下列結論。
第一，如果把通信過程看成是每一步分工合作，那么，這個問題就很容易解釋。在這個過程中，每一步的相關人員，包括寫信的你和收信的同學，都有自己明確的分工，而且是互不干擾的。此外，我們還能發現一個規律，那就是第N步總要在第N-1步做好的基礎上才能工作，第N-1步也總要在第N-2步做好的基礎上才能工作，以此類推。也就是說，第N-1步接受第N-2步的服務，同時，第N-1步服務于第N步，即第N步在接受第N-1步服務的同時，也接受了第N-2步及之前幾個步驟的服務。
第二，你和你的同學只關心信的內容，而不關心信傳遞的過程，不需要知道是誰把信取走的，是誰把信送到的。
第三，真正把信從海口送到廣州的是第4步，第一步到第4步和第4步到第7步實際上是一個互逆的過程。假如你的同學要給你寫回信的話，那么過程正好相反。
我們可以把這個過程中的每一步看成是一層，這樣，可以幫助我們更好地理解計算機網絡的層次結構，從而更好地理解計算機網絡體系結構。
3. 網絡體系結構分層的意義
在網絡分層結構中，每一層協議的基本功能都是實現與另外一個層次結構中對等實體間的通信，稱為對等層協議。另外，每一層還要提供與其相鄰的上層協議的服務接口。每一層是其下一層的服務對象，同時又是上一層的服務提供者。也就是說，對第N層來講，它通過第N-1層提供的服務享用到了N-1層以內的所有層的服務。
網絡體系結構分層具有以下幾點好處。
(1) 獨立性強
獨立性是指每一層都具有相對獨立的功能，它不必知道下一層是如何實現的，只要知道下一層通過層間接口提供的服務是什么、本層向上一層提供的服務是什么就可以了。至于如何實現本層的功能、采用什么樣的硬件和軟件，則不受其他層的限制。
(2) 功能簡單、易于實現和維護
系統經分層后，整個復雜的系統被分解成若干個小范圍、功能簡單的部分，使每一層的功能都變得比較簡單，降低了網絡實現的復雜度，有利于促進標準化。
(3) 適應性強
當任何一層發生變化時，只要層間接口不變，那么，這種變化就不影響其他任何一層，層內設計可以靈活變動。
1.4.2 開放系統互聯參考模型OSI/RM
世界上不同年代、不同廠家、不同型號的計算機系統千差萬別，將這些系統互聯起來，就要彼此開放。所謂開放系統，就是遵守互聯標準協議的系統之間可以相互通信的原則，盡管這些網絡的內部結構及設備不盡相同。
國際標準化組織(International Standard Organization，ISO)是世界上著名的標準化組織，主要由美國國家標準化組織(American National Standards Institute，ANSI)和其他國家的國家標準化組織組成。1977年，國際標準化組織(ISO)適應網絡向標準化發展的需求，在研究、吸取了各計算機廠商網絡體系標準化經驗的基礎上，制定了開放系統互聯參考模型(Open System International Basic Reference Model，OSI/RM)，從而形成了著名的網絡體系結構的國際標準。
除了國際標準化組織提出的開放系統互連體系結構之外，比較著名的體系結構還有以下3種：
l 美國國防部提出的主要應用于Internet的TCP/IP體系結構。
l 國際電話與電報顧問委員會(Consultative Committeeof International Telegraph and Telephone，CCITT)提出的采用分組交換技術的公用數據網X.25體系結構。
l 美國電氣和電子工程師協會(Institute of Electricaland Electronic Engineers，IEEE)專門為局域網通信制定的IEEE802標準模型。
OSI模型是層次化的，分層的主要意圖，是允許不同供應商的網絡產品能夠實現相互操作。一是通過網絡組件的標準化，允許多個供應商進行開發；二是允許各種類型的網絡產品(包括軟件和硬件)相互通信；三是防止對某一層的產品所做的改動影響到其他層，這樣有利于產品的開發。
OSI構造了7層模型，即物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、會話層、表示層、應用層，不同系統對等層之間按相應協議進行通信，同一系統不同層之間通過接口進行通信(OSI參考模型如圖1-9所示)。7層中，只有最低層物理層完成物理數據傳遞，其他對等層之間的通信稱為邏輯通信，其通信過程為每一層將通信數據交給下一層處理，下一層對數據加上若干控制位后，再交給它的下一層處理，最終由物理層傳遞到對方的物理層，再逐層向上傳遞，從而實現對等層之間的邏輯通信。一般用戶由最上層的應用層提供服務。
圖1-9 OSI參考模型
1. 應用層
應用層是OSI的最高層，是網絡與用戶應用軟件之間的接口。它直接通過給用戶和管理者提供各類信息來為用戶終端服務，如虛擬終端、文件傳送、遠程用戶登錄和電子數據交換及電子郵件等。
2. 表示層
表示層因它的用途而得名，它為應用層提供數據，并負責數據轉換和代碼的格式化。一種成功的傳輸技術意味著在傳輸之前要將數據轉換為標準的格式。表示層在網絡內部實現不同語句格式和編碼之間的轉換和表示，為應用層提供服務。例如，數據的壓縮和解壓縮、加解密等工作都由表示層負責。表示層要能保證從一個系統的應用層傳輸過來的數據能夠被另一個系統的應用層識別。
3. 會話層
會話層負責在網絡中的兩節點之間建立、維持和終止通信。會話層的功能包括：建立通信連接，保持會話過程通信連接的暢通，同步兩個節點之間的對話，決定通信是否被中斷，以及通信中斷時決定從何處重新發送。
也有人把會話層稱作的“交通警察”。當通過撥號向ISP()請求連接到因特網時，ISP服務器上的會話層向PC客戶機上的會話層進行協商連接。若電話線偶然從墻上的插孔脫落，終端機上的會話層將檢測到連接中斷并重新發起連接。會話層通過決定節點通信的優先級和通信時間的長短來設置通信期限。
4. 傳輸層
傳輸層通過通信線路，在不同機器之間進行程序和數據的交換。傳輸層的一個很重要的功能，是數據的分段和重組，這里的分段和重組，與網絡層的分段和重組是兩個不同的概念。網絡層的分段是數據幀大小的減小，而傳輸層的分段是指把一個上層數據分割成一個個邏輯片或者物理片。
也就是說，發送方在傳輸層中將上層交給它的較大的數據進行分段后，交給網絡層進行獨立傳輸。這樣，可以實現傳輸層流量控制，提高網絡資源的利用率。
5. 網絡層
網絡層傳送的數據單位是分組。網絡層的主要任務，是在通信子網中選擇適當的路由。網絡層將傳輸層生成的數據分段封裝成分組，每個分組中都有控制信息，稱為報頭，其中含有源站點和目標站點的網絡邏輯地址信息。根據分組的目的網絡地址實現網絡路由，確保數據及時傳送。
6. 數據鏈路層
數據鏈路層定義了如何讓格式化數據進行傳輸，以及如何控制對物理介質的訪問。這一層通常還提供錯誤檢測和糾正，以確保數據的。
7. 物理層
物理層是所有網絡的基礎。主要定義物理設備標準，如網線的接口類型、光纖的接口類型、各種的傳輸速率等。它的主要作用是傳輸比特流(就是由1、0轉化為電流強弱來進行傳輸，到達目的地后再轉化為1、0，也就是我們常說的數模轉換與模數轉換)。這一層的數據叫作比特。
在OSI模型中，應用層實現用戶與計算機的接口，高層負責主機之間應用程序的通信。OSI模型的高三層定義了終端系統中的應用程序將如何彼此進行通信，以及如何與用戶通信，另外，高三層并不知道有關互聯網或網絡地址的任何信息，這是下四層的任務。低四層定義了如何通過物理電纜或通過交換機和路由器進行端到端的數據傳輸。
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