理解计算机网络概念-计算机应用基础案例教程

计算机网络（Computer Network）主要是计算机技术与现代通信技术相结合的产物，它的诞生使计算机的体系结构发生了巨大变化，利用计算机技术进行信息的存储和加工，同时利用通信技术进行信息传递。计算机网络的广泛应用推动了计算机应用的发展。

现在，计算机网络的应用遍布全世界及各个领域，并已成为人们社会生活中不可缺少的重要组成部分。从某种意义上讲，计算机网络的发展水平不仅反映了一个国家的计算机科学和通信技术的水平，也是衡量其国力及现代化程度的重要标志之一。

6.1.1.1　了解计算机网络的发展历程

众所周知，任何事物都是从低级到高级，从简单到复杂的过程，计算机网络也是如此。

计算机网络从20世纪60年代开始发展至今，经历了从简单到复杂、从单机到多机、由终端与计算机之间的通信演变到计算机与计算机之间的直接通信。

计算机网络的发展经历了以下几个阶段。

1.以单计算机为中心的联机系统——面向终端的计算机网络，以数据处理为目的

从第一台计算机问世之后的十年甚至更长的时间里，计算机和通信并没有什么直接关系，用户必须带着资料去计算机中心机房使用计算机完成工作。自1954年设计了具有收发功能的终端设备（Terminal）后，用户就可以利用终端设备通过线路将数据发送到远程的计算机上，这便形成了面向终端的远程联机集中处理计算机系统。

在第一代计算机网络系统中除了一台中心计算机（称为主机，Host），其余终端不具备自主处理功能。主机是网络的中心和控制者，终端分布在各地与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机。在计算机通信技术应用于民用系统方面，20世纪60年代初美国航空公司与IBM公司联合研制的预订飞机票系统SABRE-1，由一个主机和2000多个终端组成，是一个典型的面向终端的计算机网络，如图6-1-1所示。

图6-1-1　面向终端的计算机网络

面向终端的计算机网络的特点是网络上用户只能共享一台主机中的软件、硬件资源，不提供相互的资源共享，网络功能以数据通信为主。

第一代网络的缺点如下：

·主机负荷较重，效率较低；

·通信线路的利用率低；

·集中控制方式，可靠性低。

2.以通信子网为中心的计算机——计算机网络，以数据通信为目的

由多个主计算机通过通信线路互联形成了计算机网络。20世纪60年代中期到70年代中期，出现了多个计算机互联的计算机网络，这种网络将分散在不同地点的计算机经通信线路互联，利用通信线路将多台计算机连接起来，为用户提供服务。它由通信子网和资源子网（第一代网络）组成，如图6-1-2所示，主机之间没有主从关系，网络中的多个用户通过终端不仅可以共享本主机上的软、硬件资源，还可以共享通信子网中其他主机上的软、硬件资源，故这种计算机网络也称共享系统资源的计算机网络。第二代计算机网络的典型代表是20世纪60年代美国国防部高级研究计划局的网络ARPANET（Advanced Research Project Agency Network）。第二代计算机网络的特点是网络上的用户可以共享整个资源子网上所有的软件、硬件资源。该阶段也可以称为面向通信的计算机网络，因为该阶段主要以资源共享为主要目的。

ARPANET的主要特点是：资源共享，分散控制，分组交换，采用专门的通信控制处理机，分层的网络协议。这些特点往往被认为是当代计算机网络的典型特征。

广域网，特别是国家级的计算机网络大多数采用这种形式，这种网络允许异种机入网，不仅具有较好的兼容性，而且通信线路利用率较高，是计算机网络概念最全、设备最多的一种形式。

第二代网络的特点如下：

·主机负载减轻；

·通信线路的利用率相对较高；

·分散控制可靠性高；

·采用分组交换技术进行通信；

·网络按照逻辑功能分为资源子网和通信子网。

图6-1-2　计算机通信网络

ARPANET是第一个计算机广域网，也是第一个包交换网。ARPANET的重要贡献是奠定了计算机网络技术的基础，也是当今Internet的雏形。

小明：这里提到的包交换是指什么？

老师：在计算机网络中，用户数据要按照规定划分为大小合适的若干个组，每个组加上包头构成一个包（Packet），把这个过程称之为封装（Encapsulation），包也称为分组。

3.以OSI/RM为核心——网络体系结构的标准化，以资源共享为目的

随着计算机技术与通信技术的发展，需要将多台面向终端的计算机联机系统互相连接起来，组成以多处理机为中心的网络，构成面向应用的计算机网络。

为了促进网络产品的开发，各大计算机公司制定出自己的网络技术标准，最终促成了国际标准的指定。这个过程大致分为两个阶段。

（1）各个计算机制造厂商网络结构标准化。1974年，IBM公司的SNA（Systems Network Architecture，系统网络体系结构）首先提出了完整的计算机网络体系标准化的概念，宣布了SNA标准。后来各种不同的网络系统体系结构便应运而生了。

这样就存在一个问题，网络通信市场这种各自为政的状况使得用户在投资方向上无所适从，也不利于多家厂商的公平竞争，于是要求制定统一技术标准的呼声越来越高。

（2）国际网络体系结构标准化。国际标准化组织ISO（International Standard Organization）在1977年成立了一个分委员会来专门研究网络通信的体系结构问题，并提出了开放系统互连OSI（Open System Interconnection）参考模型，它是一个异构计算机系统互连标准的框架结构。OSI为面向分布式应用的“开放”系统提供了基础。所谓“开放”是指：任何两个系统只要遵守参考模型和有关标准都能实现互连。OSI参考模型采用了层次化结构，共分成七层。标准化网络结构示意图如图6-1-3所示。

图6-1-3　标准化网络结构示意图

OSI参考模型具有以下特性：

·它是一种异构系统互连的体系结构，提供了互连系统通信规则的标准框架；

·它定义了一种抽象结构，而并非具体实现的描述；

·不同系统上的相同层的实体称为同等层实体，同等层实体之间的通信由该层协议来管理；

·同一系统上相邻层之间接口定义了原语操作和低层向高层提供的服务；

·定义了面向连接和无连接的数据交换服务；

·直接的数据传送仅在最低层实现；

·每层完成所定义的功能，修改本层的功能并不影响其他层。

4.网络互连与高速网络

进入20世纪90年代，计算机技术、通信技术以及建立在互联计算机网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII（National Information Infrastructure）后，全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII，从而极大地推动了计算机网络技术的发展，使计算机网络进入一个崭新的阶段，这就是计算机网络互联与高速网络阶段。

目前，全球以Internet为核心的高速计算机互联网络已经形成，Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。网络互联和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。

现代计算机网络逻辑结构示意图如图6-1-4所示。

图6-1-4　现代计算机网络逻辑结构示意图

第四代网络及其未来发展趋势包括：

·Internet是覆盖全球的信息基础设施之一；

·Internet提供E-mail、WWW、FTP、News、Telnet等面向应用的大众化、多元化、信息化服务；

·高性能网络技术发展主要表现在宽带综合业务数据网B-ISDN、异步传输模式ATM、高速局域网、交换局域网与虚拟网络上；(www.chuimin.cn)

·C/S→B/S→P2P；

·最终实现电信网络、有线电视网络和计算机网络的三网合一；

·个人通信与个人通信网实现五个W的个人通信要求（whoever，whenever，wherever，whomever，whatever），

·IPv6（网络安全性考虑）；

·网格技术；

·无线局域网技术；

·物联网技术。

在生活中，人们常利用网络来完成各种各样的工作，比如，网上购物、网上报名考试、网上银行办理业务等。另外，在计算机机房或办公室里，不同位置的计算机可以相互连接互相访问、协同工作等，这些都归功于计算机网络给我们带来的便利。

思考：现在电视、电脑、手机等电子设备都可以上网，我们已经进入了网络时代，身边时时处处都离不开网络，那什么是计算机网络呢？

6.1.1.2　了解计算机网络的概念

提到计算机网络的概念，需要从以下几个角度考虑。

一般来说，将分散的多台计算机、终端和外部设备用通信线路互联起来，彼此间实现互相通信，并且计算机的硬件、软件和数据资源大家都可以共同使用，实现资源共享的整个系统就称为计算机网络。

从应用角度讲，只要将具有独立功能的多台计算机连接在一起，能够实现各种计算机间信息的互相交换，并可共享计算机资源的系统便可称为网络。

总之，计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的，多个具有独立功能计算机系统相互连起来，以功能完善的网络软件（如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统等）来实现网络中信息传递和资源共享的系统。

网络定义的含义有以下几点。

（1）两台或两台以上的计算机相互连接起来才能构成网络，以达到资源共享的目的。

（2）两台或两台以上的计算机连接，互相通信交换信息，需要有一条通道。这条通道的连接是物理的，由硬件实现，这就是连接介质（有时称为信息传输介质）。

（3）计算机系统之间的信息交换，必须有某种约定和规则，这就是协议。这些协议可以由硬件或软件来完成。

6.1.1.3　了解计算机网络的特点

从20世纪80年代末开始，计算机网络技术进入新的发展阶段，它以光纤通信应用于计算机网络、多媒体技术、综合业务数字网络（ISDN）、人工智能网络的出现和发展为主要标志。20世纪90年代至21世纪初是计算机网络高速发展的时期，计算机网络的应用向更高层次发展，尤其是Internet网的建立，推动了计算机网络的飞速发展。

开放式的网络体系结构，使不同的软硬件环境、不同网络协议的网可以互连，真正实现资源共享、数据通信和分布式处理的目标。计算机网络的智能化，提高了网络的性能和综合的多功能服务，并更加合理地进行网络各种业务的管理，真正以分布和开放的形式向用户提供服务。

计算机网络具有以下特点。

1.可靠性

在一个网络系统中，当一台计算机出现故障时，可立即由系统中的另一台计算机来代替其完成所承担的任务。同样，当网络的一条链路出了故障时可选择其他的通信链路进行连接。

2.高效性

计算机网络系统摆脱了中心计算机控制结构数据传输的局限性，并且信息传递迅速，系统实时性强。网络系统中各相连的计算机能够相互传送数据信息，使相距很远的用户之间能够即时、快速、高效、直接地交换数据。

3.独立性

网络系统中各相连的计算机是相对独立的，它们之间的关系是既互相联系又相互独立。

4.扩充性

在计算机网络系统中，人们能够很方便、灵活地接入新的计算机，从而达到扩充网络系统功能的目的。

5.廉价性

计算机网络使微机用户也能够分享到大型机的功能特性，充分体现了网络系统的“群体”优势，能节省投资并降低成本。

6.分布性

计算机网络能将分布在不同地理位置的计算机进行互连，可将大型、复杂的综合性问题实行分布式处理。

7.易操作性

对计算机网络用户而言，掌握网络使用技术比掌握大型机使用技术简单，实用性也很强。

随着信息科学的进一步发展，对计算机网络的发展提出了更高的要求，同时也对计算机网络的发展起到了推动作用。由于计算机网络与通信网的有机结合，使得人们在处理文字、数据、图像、影音等数据的同时，还可以把这些数据发送到全世界的任何一个地方，从而真正做到了信息交换。

6.1.1.4　了解计算机网络的功能

通过一个实例了解一下计算机网络的功能，如图6-1-5所示，体现了李先生和王先生可以通过网络彼此看到对方的报告，而且他们可以共享一台打印机实现将报告打印输出的效果。

不难发现，网络的功能是通过网络您可以和其他连到网络上的用户一起共享网络资源，如磁盘上的文件及打印机、调制解调器等，也可以和他们互相交换数据信息。

图6-1-5　计算机网络的功能

计算机网络主要有四个功能。

1.数据交换和通信

计算机网络中的计算机之间或计算机与终端之间，可以快速、可靠地相互传递数据、程序或文件。计算机网络使分散在不同部门、不同单位，甚至是不同省份、不同国家的计算机与计算机之间可以进行通信，互相传送数据，方便地进行信息交换。例如，使用电子邮件进行通信，在网上用语音聊天等。

2.资源共享

充分利用计算机网络中提供的资源（包括硬件、软件和数据）是计算机网络组网的目标之一。这是计算机网络最有吸引力的功能，在网络范围内，用户可以共享软件、硬件、数据等资源，而不必考虑用户及资源所在的地理位置。比如图书馆将其书目信息放在校园网上，学校的师生就可以通过校园网迅速找到自己感兴趣的图书的有关信息，不必总是跑到图书馆去了。

3.提高计算机系统的可靠性和可用性

网络中的计算机可以互为后备，一旦某台计算机出现故障，它的任务可由网中的其他计算机取而代之，因此计算机网络提高了计算机系统的可靠性。当网中某台计算机负荷过重时，网络可将新任务分配给较空闲的计算机去完成，从而提高了每一台计算机的可用性能。

4.促进分布式数据处理和分布式数据库的发展

由于有了计算机网络，许多大型信息处理问题可以借助于分散在网络中的多台计算机协同完成，解决单机无法完成的信息处理任务。特别是分布式数据库管理系统，它使分散存储在网络中的不同系统中的数据，使用时就好像集中存储和集中管理那样方便。

另外，计算机网络还有两个功能，即均衡负荷、相互协作并提高系统性能价格比，易于扩充，便于维护，这里不再赘述。

当然，建立计算机网络的基本目的是实现数据通信和资源共享。