第1章计算机网络基础知识
内容提示：本章概括介绍计算机网络的基础知识，涉及计算机网络的概念、系统组成、发展、分类、功能及工作模式；网络拓扑结构、传输介质；网络的体系结构；数据通信技术基础知识等内容。本章是整个课程学习的基础，教学基本要求如下：
（1）理解计算机网络的基本概念、系统组成、功能和应用。
（2）了解计算机网络的发展、分类和工作模式。
（3）理解网络拓扑结构、网络传输介质。
（4）理解并掌握网络体系结构。
（5）理解数据通信基础知识。
1.1 计算机网络概述
计算机网络是计算机技术与通信技术相互渗透、密切结合而形成的一门交叉学科。随着计算机网络技术的快速发展和广泛应用，计算机网络已成为人们现代生活的必备工具，无论是学习生活、科学研究还是休闲娱乐，都离不开以计算机为核心的网络。计算机网络对人类社会发展产生了巨大的推动作用。
1.1.1 基本概念
在当今的生活中与“网络”有关的名词铺天盖地，如手机通信网络、广播电视网络、交通指挥网络、人际关系网络，以及网络游戏、网络电视、网络歌手、网络学习、网络聊天等等，那么什么是网络？什么又是计算机网络？
广义上说网络是现实世界的一种基本现象，是一类物质的关系组合，或是一种意识的联系、分类。如通信网络、电视网、销售网络等就是属于前者；如人际关系网络等属于后者。
计算机网络（Computer Network）是则将分布在不同地理位置具有独立功能的计算机系统，利用通信线路和设备，在网络协议和网络软件的支持下相互连接起来，进行数据通信，进而实现资源共享的系统。
对计算机网络概念可以从以下4个方面理解：
（1）建立计算机网络的主要目的是实现资源共享。这里的资源是指硬件资源、软件资源和数据资源等，资源共享是计算机网络的最基本特征。
（2）互连的计算机都是独立的“自治计算机”。计算机网络包含了多台具有“自治”功能的计算机。所谓“自治”是指这些计算机离开计算机网络之后，也能独立地工作和运行。人们通常将这类计算机称为“主机”（Host），在计算机网络中又叫做节点或站点。计算机网络中的共享资源就是分布在这些计算机中的。
（3）计算机之间通信必须遵循共同的网络协议。计算机网络需要使用通信手段，才能把计算机（节点）“有机”连接起来。所谓“有机”的连接是指连接时彼此必须遵循所规定的约定和规则，这些约定和规则称为网络协议。
（4）数据通信是计算机网络应用的基本手段，通过数据通信实现数据传输，它是计算机网络各种服务和资源共享的前提与基础。
1.1.2 基本功能
计算机网络最主要的基本功能是资源共享和数据通信，除此之外还有负载均衡、分布式处理和提高系统安全性与可靠性等功能。
1．资源共享
资源共享是计算机网络的基本功能，其目的是连接到计算机网络中的任何计算机均能够使用网络上的资源，这些资源可以是高性能计算机、大容量磁盘、高性能打印机、高精度图形设备、通信线路、通信设备等硬件设备；也可以是大型专用软件、各种网络应用软件等；还可以是各种形式的数据，包括像文字、数字、声音、图形、图像、视频等形式的数据。这样的好处是既方便了网络用户的使用，又提高软件、硬件和数据的利用效率，有效避免资源重复建设。
2．数据通信
数据通信主要实现计算机网络中计算机系统之间的数据传输，是计算机网络应用的基础，它为网络用户提供强有力的通信手段。通过数据通信使分布在不同地理位置的网络用户之间能够相互通信、交流信息。数据通信是网络实现其它功能的基础，利用网络的通信功能，计算机网络可以传输数据、声音、图像、视屏等多媒体信息，可以发送电子邮件，实现网络视频会议、远程诊断和网上聊天等。
3．负载均衡与分布式处理
负载平衡也称负载共享，是指对系统中的负载情况进行动态调整，以尽量消除或减少系统中各节点负载不均衡的现象。具体实现方法是将过载节点上的任务转移到其它轻载节点上，从而提高系统综合处理效率。
分布处理是指将一个大型的复杂处理任务，在控制系统的统一管理下，将任务分配给网络上多台计算机，每个计算机各自承担同一工作任务的不同部分，进行协同工作，共同处理成同一任务，从而实现一台计算机无法完成的复杂任务。
4．提高系统的可靠性
网络系统中计算机具有互为备份的特性，这样提高了系统的可靠性。也就是说，当某台计算机出现问题，其工作可以由网络上其它计算机承担，不致因单机故障而导致系统瘫痪，同时数据的安全性也得到了保障。
1.1.3 基本组成
从计算机网络的基本组成可以从计算机网络的系统组成（即软硬件系统组成）和计算机网络的逻辑（功能）组成两个角度来认识。计算机网络的系统组成主要包括计算机系统、数据通行系统、网络软件等部分组成；计算机网络的逻辑组成主要包括通信子网和资源子网等两部分组成，因为计算机网络的基本功能是数据通信和资源共享。
1．计算机网络的系统组成
（1）计算机系统
计算机系统是计算机网络的重要组成部分，是计算机网络不可缺少的硬件元素。计算机网络连接的计算机可以是巨型机、大型机、小型机、工作站（或微机）以及其他包含计算机系统的数据终端设备。
计算机系统在网络中的主要作用体现在信息处理、提供网络资源与服务上，一方面计算
机系统（主机）要为本地用户访问网络中的服务和资源提供服务，完成数据信息处理，另一方面为网络中远程用提供网络资源和网络服务。
（2）数据通信系统
数据通信系统主要完成数据通信控制与处理，主要由网络适配器、传输介质和网络互联设备等组成。
网络适配器俗称网卡，它是构成计算机网络最基本和必不可少的连接设备。计算机通过网卡与传输介质连接，使计算机连入网络系统中，网卡除了起到物理接口的作用，还有控制数据传输的功能。传输介质是构成双方通信的信道，实现数据的传输。通常传输介质有同轴电缆、双绞线、光缆、无线电、微波等。网络互联设备是用来实现网络中各计算机之间互联的设备，常用的互联设备有集线器、交换机和路由器等。
（3）网络软件
网络软件是在网络环境下运行、控制、管理网络的计算机软件，是网络系统重要组成部分。根据软件的功能可分为网络系统软件和网络应用软件两大类型。
①网络系统软件
网络系统软件是控制和管理网络运行、提供网络通信、分配和管理共享资源的网络软件，它包括网络操作系统、网络协议软件、通信控制软件和网络管理软件等。
网络操作系统是网络软件的重要组成部分，它是网络系统管理和通信控制的集合，负责整个网络的软、硬件资源管理、网络通信和任务调度，并提供用户和网络之间的接口。网络操作系统是计算机网络软件的核心程序，是网络软件系统的基础。
网络协议软件是实现各种网络协议功能的软件。它是网络软件的核心部分，任何网络软件都要通过协议软件才能工作。
网络通信软件是实现网络中各结点之间的通信处理的软件。
网络管理软件用来对网络资源进行管理、对网络进行维护。
②网络应用软件
网络服务器软件是运行在服务器计算机，提供特定网络服务的软件。如WWW软件Apache、文件传输服务Serv-U等软件。
网络客户端应用软件能够与服务器进行通信，为用户提供使用网络服务、访问共享资源、进行信息的传输等实现网络应用的软件。如IE浏览器、下载软件、QQ软件等为用户提供使用网络服务、访问共享资源和进行信息的传输等功能。
2．计算机网络的逻辑组成
计算机网络从逻辑功能角度可划分为资源子网和通信子网两部分。
资源子网是计算机网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合，是面向用户的部分，它负责整个网络的数据处理，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。资源子网通常由计算机系统、终端设备、网络连接设备、软件资源和信息资源组成。
通信子网是计算机网络中实现网络通信功能的设备（网卡、集线器、交换机）、通信线路（传输介质）和相关软件的集合，主要负责数据传输和转发等通信处理工作。通信子网是信息传输的主体，主要由通信线路和交换节点组成；通信线路用于连接网络节点，交
换节点用于连接传输线路，进行信息交换。
1.1.4 基本应用领域
随着计算机网络技术的不断发展，计算机网络应用几乎渗透到了社会生活的各个领域，彻底改变了人们的学习、生活和工作方式，成为人们现代生活中必备工具。
1．在科研和教育中的应用
在科学研究中，科技人员通过计算机网络查询各种文件和资料，交流学术思想和共享实验数据，开展国际研究与合作。例如利用远程医疗诊断网络系统，医学专家在各自的办公室、实验室通过网络了解、观察病人的临床表现、分析病历及各种检查报告，进行远程会诊，共同研究治疗方案，从而提高诊断和医疗水平。
在教育教学方面，通过计算机网络，教师将教学讲义、教学视频、网络课程等学习资源发布到网络上，学生通过网络获取所需的学习资源，为学生自主学习创造条件。另外还可以通过建立网络教学交流平台，学生可以随时提问和讨论，解决学习过程中受时间、地域限制的问题，为教学提供辅助教学手段，从而提高学习质量和效率。
2．在企事业单位中的应用
企事业单位通过建立单位内部计算机网络，可以解决资源和信息共享，实现网络办公自动化。如果将企事业内部网络联入Internet还可以实现异地办公，方便地与分布在不同地区的企事业单位建立联系。例如政府部门通过电子政务系统发布政务信息、进行网上办公，提高办事效率；企业可以发布产品信息，搜集市场信息，进行企业管理等。3．在商业中的应用
随着计算机网络的广泛应用，电子数据交换已成为国际商业往来的一个重要、基本的手段，它以一种被认可的数据格式，使分布在全球各地的商务伙伴可以通过计算机传输各种业务单据，代替了传统的纸质单据，节省了大量的人力和物力，提高了效率。电子商务可实现网上购物、网上支付等商务活动。现在全世界的银行存款、取款等基本业务都在网络上进行，没有网络，银行将无法运行。
4．在通信与娱乐中的应用
目前，计算机网络所提供的通信服务包括电子邮件、网络寻呼与聊天、BBS、网络新闻和IP电话等，电子邮件已广泛应用。基于网络的娱乐正在对信息服务业产生着巨大的影响，网络音乐、网络视频、网络游戏等网络娱乐已成为现代生活的基本内容。
随着网络技术的发展和各种网络应用需求的增加，计算机网络应用的范围不断扩大，应用领域越来越宽，越来越深入，许多新的计算机网络应用系统不断地被开发出来，如工业自动控制、辅助决策、虚拟社区、管理信息系统、数字图书馆、信息查询、网上购物等，人类社会已经全面进入了网络时代。
1.2 计算机网络的产生与发展
计算机网络最早出现于20世纪50年代，当时的计算机网络仅能通过通信线路将远方终端上的数据传送给主计算机处理，称为简单的联机系统。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络应用的发展经历了从简单数据传输到实现资源共享，进而到标准化网络与互联网，最后发展到高速互联网的过程。其演变过程主要可分为：面向终端的
计算机网络、计算机通信网络、计算机互联网络和高速互联网络四个阶段。
1.2.1 面向终端的计算机网络
第一代计算机网络是面向终端的计算机网络（又称为联机系统），由一台主机和若干个终端组成。其结构如图1-1所示。在这种联机方式中，主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）通过通信线路与主机相连，用户通过本地的终端使用远程主机。
分布在不同地理位置的本地终端或者是远程终端，通过公共电话网及相应的通信设备与一台计算机相连，登录到主机上，使用该主机上资源，实现了通信与计算机的结合，这种具有通信功能的单机系统称为第一代计算机网络——面向终端的计算机通信网，它将计算机技术与通信技术结合，可以让用户以终端方式与远程主机进行通信，因此可看作是计算机网络的雏形。
1.2.2 计算机通信网络
第二代计算机网络是以共享资源为主要目的的计算机通信网络。从20世纪60年代中期开始，出现了多个主机互连的系统，这是真正意义上的计算机网络，它实现了计算机与计算机的互连和计算机之间的通信。用户通过终端不仅可以利用本主机上的软硬件资源，还可共享网络上其它主机上的软硬件资源，其结构如图1-2所示。
从图1-2可以看出，第二代计算机网络从功能上划分为两个相对独立的部分：提供资源部分和实现数据通信部分，即通信子网和资源子网。计算机通信网络的最初代表是美国国防部高级研究计划署开发的ARPANET ，它是当今Internet 的雏形。
1.2.3 计算机互联网络
第三代计算机网络又称互联网络或现代计算机网络，它是第二代计算机网络的延伸。20世纪70年代中期，随着广域网与局域网的发展以及微型计算机的广泛应用，使用大型机与中型机的主机一终端系统的用户数不断减少，网络结构从此发生了巨大变化：微型计算机可通过局域网连入广域网，而局域网与广域网、广域网与广域网的互联通过路由器实现。用户计算机需要通过校园网、企业网或Internet服务提供商连接地区主干网，地区主干网通过国家主干网连接国家间的高速主干网，这样就形成一种以路由器为互连设备的大型、层次结构的现代计算机网络，即互联网络。计算机互联网络的简化结构示意图如图1-3所示。
这一阶段也称为网络的标准化阶段，当时参与网络技术的公司、组织都各自提出了网络理论、技术体系，呈现出“诸侯割据”的局面，1984年国际标准化组织（ISO）正式颁布了“开放系统互连参考模型（OSI/RM）”，为网络的发展奠定了坚实的理论和技术基础。
1.2.4 高速互联网络
在20世纪90年代中期至21世纪初期，计算机网络与因特网向全面互联、高速和智能化的方向发展，并得到了广泛应用。各个国家都在制定和建立本国信息高速公路，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络的发展进入一个崭新阶段，这就是第四代计算机网络，即高速互联网络阶段。
计算机互联网络是通过数据通信网
络实现数据通信和资源共享，此时
的计算机网络基本上以电信网作为
信息的载体，即计算机通过电信网
络中的X.25网、DDN、帧中继网
等传输信息，如图1-4所示。
这一阶段也称为网络的国际化阶
图1-4 计算机互联网络
段，网络技术由低速向高速、由共
享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展，网络应用更加广泛和深入。新一代的计算机网络将满足高速、大容量、综合性、数字信息传输等多方位的需求。
目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。与第三代计算机网络相比，第四代计算机网络的特点是互连、高速、智能、业务综合化以及更为广泛的应用。
1.2.5 计算机网络的发展趋势*
计算机网络的发展方向是“IP技术+光网络”。从网络的服务层面上看将是一个IP的世界，通信网络、计算机网络和有线电视网络将通过IP三网合一，从传送层面上看将是一个“光”的世界，从接入层面上看将是一个有线和无线的多元化世界。
1．三网合一
目前广泛使用的网络有通信网络、计算机网络和有线电视网络，随着网络技术的不断发展，新兴业务不断出现，新旧业务不断融合，各类网络也不断融合，而广泛使用的三类网络正逐渐向单一、统一的IP网络发展，即所谓的“三网合一”。在IP网络中可将数据、语音、图像和视频均归结到IP数据包中，通过分组交换和路由技术，采用全球性寻址，使各种网络无缝连接，IP协议将成为各种网络、各种业务的“共同语言”。可以说“三网合一”是网络发展的一个最重要的趋势。
2．光通信技术
光通信技术的发展主要有两个大的方向：一是主干传输向高速率、大容量的光传送网发展，最终实现全光网络；二是接入向低成本、综合接入、宽带化光纤接入网发展，最终实现光纤到家庭和光纤到桌面。全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光信号的形式实现，不再需要经过光/电、电/光变换，即信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内。
3．IPv6协议
目前IP协议的版本为IPv4。IPv4的地址位数为32位，理论上约有42亿个地址。随着互联网应用的日益广泛和网络技术的不断发展，IPv4的问题逐渐显露出来，主要有地址资源枯竭、路由表急剧膨胀、对网络安全和多媒体应用的支持不够等。
IPv6是下一代IP协议。IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。理论上约有3.4×1038个IP地址，而地球的表面积以厘米为单位也仅有5.1×1018cm2，即使按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，每平方厘米面积上也可分配到若干亿个地址。IPv6不仅解决了地址短缺问题外，同时也解决IPv4中存在的其它缺陷。其主要功能有端到端IP连接、服务质量、安全性、多播、移动件、即插即用等。
4．宽带接入技术
计算机网络必须要有宽带接入技术的支持，各种宽带服务与应用才有可能开展。因为只有接入网的带宽瓶颈问题被解决，骨干网和城域网的容量潜力才能真正发挥。尽管当前宽带接入技术有很多种，但只要是不和光纤或光结合的技术，就很难在下一代网络中应用。目前光纤到家的成本已下降至可以为用户接受的程度。
5．3G网络
3G 通信系统比现用的2G 和2.5G 通信系统传输容量更大，灵活性更高，它以多媒体业务为基础，已形成很多标准，并将引入新的商业模式。3G 以上包括后3G 、4G 乃至5G 系统，它们将更是以宽带多媒体业务为基础，使用更高更宽的频带，传输容量会更上一层楼，是构成下一代移动互联网的基础设施。
1.3 计算机网络分类
计算机网络的种类很多，性能各异，为了人们便于认识、理解和描述计算机网络，根据不同的分类标准，可以将计算机网络划分为各种不同的类型。
按照计算机网络提供服务的方式可分为：客户机/服务器网络与对等网络，具体内容将在
1.4节中讲解。
按照计算机网络的拓扑结构分为：总线型、星型、环型、树状型（层次型）、网状型，具体内容将在1.5节中讲解。
按照计算机网络的传输介质类型可分为：有线网络和无线网络（参见1.5节）。 按照计算机网络的应用范围可分为：公用网和专用网两种类型。
按照计算机网络的覆盖地理范围将网络分为：局域网、城域网、广域网和互联网，本节主要介绍这四种类型的计算机网络。
1．局域网
局域网（LAN ，Local Area Network ），是指在某一区域内（“某一区域”指的是同一办公室、同一建筑物、同一公司和同一学校等，一般是方圆几千米以内），将各种计算机、打印机、存储设备等通过通信线路与网络连接设备相连，形成局部物理网络，在软件系统的支持下，实现局部网络中数据通信、资源共享和分布式处理的系统。
从资源共享角度看，它可以实现文件管理、
应用软件共享、打印机共享、扫描仪共享、
工作组内的日程安排、电子邮件和传真通信
服务等功能。局域网规模可大可小，可以由
办公室内的两台计算机组成，也可以由一个
公司内成百上千的计算机组成。简单的局域
网如图1-5所示。
局域网可以通过数据通信网或专用的数据电
路，与其它局域网、城域网等相连，构成一个更大范围的计算机网络。
归纳起来，局域网具有以下主要特点：
（1）地理范围有限：由于局域网的范围一般在0.1km —2.5km 之内，其范围可以是一建筑物内，一个校园或者大至数千米直径的一个区域。整个网络为该单位或部门所有，仅供其内部使用。
（2）通信速率较高：局域网通信传输率从10Mbps 到100Mbps （Mbps ，百万比特每秒），随着局域网技术的进一步发展，目前正在向着更高的速度发展，近年来已达到1000Mbps 、10000Mbps 。
（3）通信质量较好，传输误码率低，误码率一般为10-8到10-11之间。
图1-5 简单局域网示例
（4）支持多种通信传输介质。根据网络本身的性能要求，局域网中可使用多种通信介质，例如电缆（细缆、粗缆、双绞线）、光纤及无线传输等。
（5）网络协议简单，网络拓扑结构灵活，便于管理和扩展。
（6）技术成熟，便于安装、维护和扩充，建网成本低、周期短。
2．城域网
城域网（MAN，Metropolitan Area Network）是一种大型的局域网，它将位于一个城市之内不同地点的多个计算机局域网连接起来实现资源共享，通常使用与LAN相似的技术。它的覆盖范围介于局域网和广域网之间，一般为几千米至几万米，城域网的覆盖范围在一个城市内。城域网所使用的通信设备和网络设备的功能要求比局域网高，以便有效的覆盖整个城市的地理范围。它能够满足政府机构、金融保险、大中小学校、公司企业等单位对高速率、高质量数据通信业务日益旺盛的需求，特别是快速发展起来的互联网用户群对宽带高速上网的需求。
3．广域网
广域网（W AN，Wide Area Network）也称远程网，覆盖几十千米到几千千米的地理范围，可跨越一个地区、国家、洲形成国际性远程网络，实现广阔地域的数据通信和资源共享。覆盖区域大使其主要特点之一。
广域网的通信子网主要使用分组交换技术，可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地域的计算机网络互连起来。
通常广域网的数据传输速率比局域网低，而信号的传播延迟却比局域网要大得多。广域网的典型速率是从56kbps到155Mbps，现在已有622Mbps、2.4Gbps甚至更高速率的广域网；传播延迟可从几毫秒到几百毫秒。
广域网的主要特点是：覆盖的地理区域大、广域网连接常借用公用电信网络、传输速率比较低、网络拓扑结构复杂等。
4．互联网
互联网因其英文单词“Internet”的谐音，又称为“因特网”。从地理范围来说，它是一个全球范围最大的计算机网络，将分布在世界各地不同结构的计算机网络用各种传输介质相互连接起来的网络，人们也将互联网称为网络中的网络。
因特网本质上是一种广域网，但它不是独立的网络，它将同种类型或不同种类型的物理网络（局域网、广域网与城域网）互联，并通过高层协议实现不同类网络间的通信，具有更高的开放程度。
互联网为计算机网络应用开辟了无限广阔的空间，为人们提供了丰富的信息和资源，通过互联网可以浏览信息、查询资料、进行科学研究、收发电子邮件、进行网上交流，通过网上购物，在网上娱乐等各种各样的活动。互联网丰富的应用已经深入到人类社会各个方面，已经成为人们日常工作、学习、生活的一种重要工具。
1.4 计算机网络工作模式
计算机网络中的计算机按照其作用分为“服务器”和“客户机”两类，为整个网络提供资源和服务的计算机称为“服务器”，使用资源和接受服务的计算机称为“客户机”。计
算机网络工作模式是指计算机网络中服务与资源提供和使用的方式，主要分为客户机/服务器工作模式与对等网工作模式两种。有时也将计算机网络工作模式称计算机网络提供服务的模式。
1.4.1 客户机/服务器模式
在计算机网络中，至少有一台服务器（Server ）的计算机，专门用来管理、控制网络的运行或为网络提供资源和服务，并安装有负责网络运行的网络管理软件（特别是网络操作系统），或者安装网络服务应用软件。计算机网络中的其它计算机利用服务器提供的资源和服务，进行数据处理，这些计算机为客户机（Client ）。在客户机上一般需要安装客户端软件，才能利用服务器提供的资源和服务。这样由服务器、客户机就构成了网络的一种基本工作模式，简称C/S 模式，客户机/服务器模式示意图如图1-6。
在C/S 模式下，服务器的主要功能有：安
全控制、用户管理、访问权限设置、资源
调度、打印机管理以及共享文件等。网络
服务器按照服务内容又有文件服务器、打
印服务器、数据服务器、Web 服务器之分。
Web 服务要求客户机安装浏览器
（Browser ）软件，因此也称为B/S 模式。
在C/S 模式下，资源的共享或网络应用系统的运行，通常需要通过两种程序协同工作才能完成，把安装在服务器上的程序称为服务器程序，把安装在客户机上的程序称为客户端程序。
1.4.2 对等网模式
在对等网模式下，计算机网络中的每一台计算机都可以为网络提供资源和服务，同时也可使用网络上的资源和服务，每一台计算机在功能上是对等的，没有主从之分，每一台计算机既是服务器又是客户机。对等网工作模式示意图如图1-7所示。
对等网具有架构简单、组网成本低、容易实现、易于维护、扩充性好、操作方便等特点，适用于计算机数量较少、分布较集中的场合，如企事业单位的一个业务部门。 对等网和客户机/服务器两种网络应用模式在以下几方面不同：
（1）信息处理能力方面，对等网中的计算
机既要具备客户机的功能，又要完成服务
器的功能，当有用户访问某台计算机所提
供的网络服务时，该计算机的处理能力将
明显下降，而在C/S 模式下服务器一般是
高性能的专用计算机，因此对工作站（即
客户机）来说处理能力不会因为网络服务
而受到任何影响。 （2）数据保密性方面，对等网上的共享数据资源是分散存储的、没有集中管理的机制，其管理依赖于各用户对数据的管理意识和管理水平，因此对等网安全性没有技术保障，
客户机 图1-6 客户机/服务器模式示意图
图1-7 对等网模式示意图 客户机/服务器
存在巨大隐患。而C/S模式中数据安全性取决于对服务器的管理和使用，安全控制、用户管理、访问权限设置等技术手段使得网络上数据安全性得到了充分的保证。
（3）数据可利用性方面，在对等网中数据资源分散地存储在各用户的计算机上，没有一个有效的资源管理体系，所需数据在那里对每个用户都是时刻要面对的难题，假使知道了数据存放的位置还需要掌握多个访问的密码，而在C/S模式下有统一、操作方便的数据存储目录，只要用户具有使用权限，就可以迅捷地获取到所需资源。
（4）数据访问依赖性方面，对等网上数据的获取还取决于存放数据的一台或多台计算机是否在线（即工作在网络上的计算机），而在C/S模式下存放数据的服务器其高性能能够保证长时间、不间断地为网络提供数据服务。
综上所述，对等网的适用范围是很有限的，而客户机/服务器网络则有着巨大的应用和发展空间，是计算机网络应用的主要模式。
1.5 计算机网络的拓扑结构
拓扑结构是拓扑学中研究与大小，形状无关的点、线关系的方法。应用该方法来生成描述计算机网络的具体结构的几何图形（几何排列形式）称为计算机网络的拓扑结构。其基本方法是：将计算机网络中的计算机和通信设备抽象为一个点，把传输介质抽象为一条线，由此形成由点和线组成的几何图形来描述计算机网络的具体结构。从拓扑学的观点理解计算机网络系统是由一组点和线组成的几何图形，而无需考虑了具体的物理设备和物理位置，更有利于人们对网络结构和连接形式等有更清晰的了解。
网络拓扑结构反映出网络各实体（结点）间的结构关系，它是实现各种网络协议的基础，对网络采用的技术、网络性能、网络可靠性、可维护性以及实施费用等都有重大的影响。计算机网络的拓扑结构主要有：总线型、星型、环型、树型和网状型，其中星型拓扑结构是目前组建局域网时最常使用的一种拓扑结构。
1.5.1 总线型拓扑结构
总线型拓扑结构是一种简单的拓扑结构，所有的结点都通过网络适配器直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，其物理连接如图1-8（a）所示，其拓扑结构如1-8（a）所示。
总线型网络使用广播式传输技术，总线上的所有结点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。由于总线作为公共传输介质为多个结点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上结点利用总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”。当连接在总线上的设备越多，引起“冲突”加剧，网络发送和接收数据就越慢。
总线型拓扑结构具有如下特点：
（1）结构简单灵活，易于扩展，共享能力强，便于广播式传输。
（2）网络响应速度快，但负荷重时性能迅速下降；局部结点故障不影响整体，若总线出现故障，则将影响整个网络。
（3）易于安装，组建网络费用低。
1.5.2 环型拓扑结构
环型拓扑结构是指网络中所有结点通过相应的网络适配器连接在一条首尾相接的闭合环状通信线路中，使用点到点的连接线路，其物理连接如图1-9（a ）所示，其拓扑结构如1-9（b ）所示。
在环型拓扑结构中，环路上结点发送的数据沿着一个方向绕环逐结点传输，采用令牌控制结点轮流发送数据。在环型拓扑中，虽然也是多个结点共享一条环通路，但不会出现冲突。
环型拓扑结构具有如下特点：
（1）各结点间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，实时性较好。
（2）两个结点之间仅有惟一的路径，简化了路径选择。
（3）可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。
（4）网络的管理较为复杂，与总线型局域网相比，可扩展性较差。
1.5.3 星型拓扑结构
星型拓扑结构是每个结点通过点到点通信线路与中心结点（如交换机、集线器等）连接相连，其物理连接如图1-10（a ）所示，其拓扑结构如图1-10（b ）所示。
图1-9 环型状拓扑结构
在星型拓扑结构中，结点间的通信都通过中心结点进行。当一个结点向另一个结点发送数据，首先将数据发送到中心结点，然后由中心结点设备将数据转发到目标结点。中心结点的数据传输是通过存储转发技术实现的，并且只能通过中心结点与其它结点通信。目前星型拓扑结构是局域网中最常用的拓扑结构。
星型拓扑结构具有如下特点：
（1）结构简单，便于管理和维护，易实现结构化布线，结构易扩充。
（2）通信线路专用，电缆成本高。
（3）中心结点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且中心结点一旦出现故障，会导致全网瘫痪。
（4）星型拓扑结构的网络由中心结点控制与管理，中心结点的可靠性决定了整个网络的可靠性。
1.5.4 其它拓扑结构
网络拓扑结构除了上述几种形式外，还有树型、网状等形式的拓扑结构。
树型拓扑结构是从总线和星状结构演变来的，是一种结点按层次连结的层次结构，因此这种结构也称为层次拓扑结构。信息交换主要在上下结点之间进行，相邻结点或同层结点之间一般不进行数据交换。如图1-11所示。树型拓扑结构连接简单，维护方便，适用于汇集信息的应用要求，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。
网状拓扑结构是指网络的每台设备之间均有点到点的链路连接，将各网络结点与通信线路互连成不规则的形状，如图1-12所示。在这种拓扑结构中，每个结点至少与其它两个结点相连，或者每个结点至少有两条链路与其他结点相连。这种连接不经济，安装也复杂，但系统可靠性高，容错能力强。有时也称为分布式结构。适用场合：主要用于地域范围大、入网主机多的环境，大型局域网或广域网一般都采用这种结构。优点：系统可靠性高，比较容易扩展，但是结构复杂，每一结点都与多点进行连结，因此必须采用路由算法和流量控制方法。
1.6 网络传输介质
传输介质是指数据传输过程中发送设备和接收设备之间的物理媒体。其性能特点对传输速率、通信距离、可连接的网络结点数目和数据传输的可靠性均有很大的影响。网络传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两类，因此对应的计算机网络可分为有线网络和无线网络两种。
图1-11 树状拓扑结构图 1-12 网状拓扑结构图
有线网络的传输介质主要有双绞线、同轴电缆、光纤等，其中双绞线主要用来构建局域网，光纤主要作为主干网络的传输介质。
在自由空间利用电磁波发送和接收信号进行通信称为无线传输，地球上的大气层为大部分无线传输提供了物理通道，即无线传输介质。无线传输所使用的频段很广，现在已经利用了好几个波段进行通信，无线通信的方法有无线电波、微波和红外线。
1.6.1 同轴电缆
同轴电缆（Coaxial Cable ）是早期网络中常用的传输介质之一，它由内外两个导体组成，内导体（铜芯导线）是一根实心铜线，用于传输信号；外导体（屏蔽层）被织成网状，主要用于屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘材料隔离。同轴电缆结构如图1-13所示。
同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰
特性，通信容量较大，适应范围较宽。从
低速到高速、从短距离到长距离的数据传
输都可以采用同轴电缆。通常按特性阻抗
数值不同，又分为粗缆和细缆。粗缆的传
输距离远，一般为500m ，细缆的传输距
离近，一般为185m 。
常用同轴电缆的型号和应用如下：
（1）阻抗为50欧姆的粗缆RG-8或RG-11，用于粗缆以太网；
（2）阻抗为50欧姆的细缆RG-58A/U 或C/U ，用于细缆以太网；
（3）阻抗为75欧姆的电缆RG-59，用于有线电视CA TV 。
1.6.2 双绞线
双绞线（Twist Pair ）是由一对或多对绝缘铜导线组成，一对线可作为一条通信线路。为了减少信号传输中串扰及电磁干扰影响程度，通常将每对线按一定密度互相缠绕在一起，若干线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。双绞线结构如图1-14所示。
双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP ，Unshielded Twisted
Pair ）和屏蔽双绞线（STP ，Shielded Twisted Pair ）。屏
蔽双绞线虽然具有较好的屏蔽性能和电气性能，但屏蔽
双绞线的价格比非屏蔽双绞线昂贵，通常用在复杂电磁
场环境中。非屏蔽双绞线由于价格低廉，其性能基本符
合局域网要求，是局域网通常采用的传输介质。
另外，根据传输特性，双绞线还可分成多种类型，局域网中常采用的是3类、5类、超5类和6类双绞线。3类线带宽为16MHz ，适用于10Mb ／s 的数据传输；5类线带宽为100MHz ，适用于100Mb ／s 的数据传输；超5类线具有衰减小、串扰少，更高的衰减与串扰的比值和信噪比、更小的时延和误差，性能得到很大提高，超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps ）；6类线传输频率为1MHz ～
绝缘外套屏蔽层绝缘材料
铜芯
图1-13 同轴电缆 图1-14 双绞线
250MHz ，传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps 的网络应用。在局域网中双绞线的最大传输距离为100m 。
1.6.3 光纤
光纤的全称是光导纤维（Optical Fiber ），是当前网络传输介质中性能最好、应用前途最广的一种。光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径为50～100μm 的柔软且能传导光波信号的介质。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输的光信号几乎不会从覆层中折射出去，这样当光束进入光纤中的芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光束曲折前进。光纤结构如图1-15所示。
光纤分为单模和多模两种，多模光纤的光信
号与光纤构成多个可分辨角度的多光线传
输。单模光纤的光信号仅与光纤轴成单个可
分辨角度的单光线传输，其传输性能优于多
模光纤。原理示意如图1-16所示。
光纤的特点是信号的损耗小、频带宽、传输率从l00Mbps 到l000Mbps ，甚至更高，且不受外界电磁干扰。另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高并且连接技术比较复杂。光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。
1.6.4 无线传输介质
无线传输介质（信道）根据电磁波的特性分为三种：无线通信、微波通信和红外线通信。
（1）无线通信
无线通信的频率范围3kHz~1GHz ，波长从0.3米左右到几千米之间，主要应用于电视和广播等。电波的传输不受地球曲率影响，发射天线和接收天线是全方向的，能进行远距离传输。
（2）微波通信
微波通信的频率范围1GHz~300GHz ，波长在10-3米到0.3米之间，这个波段很宽，移动电话、雷达、卫星通信和无线局域网都在微波频段。利用微波进行通信是比较成熟的技术，其特点是：能进行远距离传播，传输质量比较稳定，用很小的发射功率就能进行远距离通信。
（3）红外线通信
红外线通信的频率范围300GHz~400THz ，波长在770nm~1mm 之间。它用于短距离通信，
图1-15
光导纤维
A.多模光纤 A.单模光纤
玻璃芯的直径大于光波波长玻璃芯的直径接近光波波长
图1-16 多模光纤和单模光纤
传输距离在几米以内，且不能穿透墙体，一般用于家用电器的遥控器以及PC的键盘、鼠标和打印机与主机通信等。