1.1 通信与网络

1.1.1 计算机网络的定义

随着Internet技术的飞速发展和信息基础设施的不断完善，计算机网络技术正改变着人们的生活、学习以及工作方式，推动着社会的进步。那么，究竟什么是计算机网络呢?

计算机网络是指利用通信线路和通信设备，把分布在不同地理位置、具有独立功能的多台计算机系统、终端及其附属设备互相连接，以功能完善的网络软件（网络操作系统和网络通信协议等）实现资源共享和网络通信的计算机系统的集合。它是计算机技术和通信技术相结合的产物。

具有独立功能的计算机系统是指入网的每一个计算机系统都有自己的软、硬件系统，都能完全地工作，各个计算机系统之间没有控制与被控制的关系，网络中的任意一个计算机系统只在需要使用网络服务时才自愿登录上网，真正进入网络工作环境。

通信线路和通信设备是指通信媒介和相应的通信设备。通信媒介可以是光纤、双绞线、微波等多种形式。一个地域范围较大的网络中可能使用多种媒介。将计算机系统与通信媒介连接，需要使用一些与媒介类型有关的接口设备以及信号转换设备。

网络操作系统和网络通信协议是指在每个入网的计算机系统的系统软件之上增加的，专门用来实现网络通信、资源管理、网络服务的软件。

资源是指网络中可以共享的所有软、硬件，包括程序、数据库、存储设备、打印机等。

由以上定义可知，带有多个终端的多用户系统、多机系统都不是计算机网络。通信部门的电话、电报系统是通信系统，也不是计算机网络。

如今，我们可以随处接触到各式各样的计算机网络，如企业网、校园网、图书馆的图书检索网、商贸大楼内的计算机收费网，还有提供多种多样接入方式的Internet等。

1.1.2 计算机网络的功能

计算机网络具有丰富的资源以及功能，其主要功能是资源共享和数据通信。

1.资源共享

资源共享就是共享网络上的硬件资源、软件资源和信息资源。

（1）硬件资源

计算机网络的主要功能之一就是共享硬件资源，即连接在网络上的用户可以共享使用的各种不同类型的硬件设备。共享硬件资源的好处是显而易见的。一个低性能的计算机可以通过网络使用不同的设备，充分发挥资源的潜能，提高了资源的利用率。硬件资源包括各种设备，如打印机、FAX、Modem等。

（2）软件资源

互联网上有极其丰富的软件资源，可以让大家共享，如网络操作系统、应用软件、工具软件等。共享软件允许多个用户同时调用服务器的各种软件资源，并且保持数据的完整性和统一性。用户可以通过使用各种类型的网络应用软件，共享远程服务器的软件资源；也可以将共享软件下载到本机使用，如匿名的FTP。

（3）信息资源

信息是一种非常重要且宝贵的资源。互联网就是一个巨大的信息资源宝库，其内容极其丰富，涉及各个领域。每个用户接入互联网都可以共享这些信息资源，可以任何时间、任何地点、任何形式地去浏览、访问、搜索需要的资源。

2.通信功能

组建计算机网络的主要目的就是使分布在不同地理位置的计算机用户能够相互通信、交流信息和共享资源。计算机网络中的计算机与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各种信息，如数据、程序、文件、图形、声音、视频等。利用网络的通信功能，人们可以进行各种远程通信，实现各种网上的应用，如收发邮件、视频点播（Video On Demand，VOD）、视频会议（Video Conferencing）、远程教学、远程医疗、在网上发布各种信息、进行各种讨论等。

3.分布式处理与负载均衡

通过计算机网络，海量的处理任务可以分配到分散在全球各地的计算机上。例如，一个大型 ICP（Internet Content Provider）的网络访问量相当大，为了支持更多的用户访问其网站，在全世界多个地方部署了相同内容的WWW（World Wide Web，万维网）服务器；通过一定技术使不同地域的用户看到放置在离其最近的服务器上的相同页面，这样可以实现各服务器的负载均衡，并使得通信距离缩短。

4.综合信息服务

网络发展的趋势是应用日益多元化，即在一套系统上提供集成的信息服务，如图像、语音、数据等。在多元化发展的趋势下，新形式的网络应用不断涌现，如电子邮件（E-mail）、IP电话、视频点播、网络营销（E-marketing）、视频会议等。

1.1.3 计算机网络的应用

计算机网络在资源共享和信息交换方面所具有的功能是其他系统所不能替代的。计算机网络所具有的高可靠性、高性价比和易扩充性等优点，使得它在工业、农业、交通运输、邮电通信、文化教育、商业、国防以及科学研究等各个领域、各个行业获得了越来越广泛的应用。我国有关部门也已制定了“金桥”“金关”和“金卡”三大工程，以及其他的一些金字号工程。这些工程都以计算机网络为基础设施，也是计算机网络的具体应用。计算机网络的应用范围非常广泛，本小节仅介绍一些带有普遍意义和典型意义的应用领域。

1.办公自动化（Office Automation，OA）

按计算机系统结构来看，办公自动化系统是计算机网络，每个办公室相当于一个工作站。它集计算机技术、数据库、局域网、远距离通信技术以及人工智能、声音、图像、文字处理技术等于一体，是一种全新的信息处理方式。办公自动化系统的核心是通信，其所提供的通信手段主要为数据/声音综合服务、视频会议服务和电子邮件服务。

2.电子数据交换（Electronic Data Interchange，EDI）

电子数据交换将贸易、运输、保险、银行、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业之间的数据交换，并完成以贸易为中心的业务全过程。EDI在发达国家的应用已很广泛，我国的“金关”工程就是以EDI作为通信平台的。

3.远程交换（Telecommuting）

远程交换是一种在线服务（Online Serving）系统，原指在工作人员与其办公室之间的计算机通信形式，通俗的说法即为家庭办公。一个公司的本部与子公司办公室之间也可通过远程交换系统实现在不同地点办公。远程交换的作用不仅仅是工作场地的转移，它大大加强了企业的活力与快速反应能力。近年来各大企业的本部纷纷采用一种称为“虚拟办公室”（Virtual Office）的技术，创造出一种全新的商业环境与空间。远程交换技术的发展对世界整个经济的运作规则产生了巨大的影响。

4.证券及期货交易

证券及期货交易由于其获利巨大、风险巨大，且行情变化迅速，投资者对信息的依赖显得格外突出。金融业通过在线计算机网络提供证券市场分析、预测、金融管理、投资计划等需要大量计算工作的服务，提供在线股票经纪人服务和在线数据库服务（包括最新股价数据库、历史股价数据库、股指数据库以及有关新闻、文章、股评等）。

5.广播分组交换

广播分组交换实际上是一种无线广播与在线系统结合的特殊服务。该系统使用户在任何地点都可使用在线服务系统。广播分组交换可提供电子邮件、新闻、文件等传送服务，无线广播与在线系统可以通过调制解调器，再通过电话局结合在一起。移动式电话也属于广播系统。

6.校园网（Campus Network）

校园网是在大学校园内用于完成大中型计算机资源及其他网内资源共享的通信网络。一些发达国家已将校园网确定为信息高速公路的主要分支。无论在国内还是国外，校园网存在与否是衡量该院校学术水平与管理水平的重要标志，也是提高学校教学、科研水平不可或缺的重要支撑环节。共享资源是校园网最基本的应用，人们通过网络更有效地共享各种软、硬件及信息资源，为众多的科研人员提供一种崭新的合作环境。校园网可以提供异型机联网的公共计算环境、海量的用户文件存储空间、昂贵的打印、输出设备、图文并茂的电子图书信息，以及为各级行政人员服务的行政信息管理系统和为一般用户服务的电子邮件系统。

7.信息高速公路

如同现代高速公路的结构一样，信息高速公路也分为主干、分支及树叶。图像、声音、文字转换为数字信号在光纤主干线上传送，由交换技术送到电话线或电缆分支线上，最终送到具体的用户“树叶”。主干部分由光纤及其附属设备组成，是信息高速公路的骨架。

1.1.4 计算机网络的组成

计算机网络是计算机应用的高级形式，它充分体现了信息传输与分配手段、信息处理手段的有机联系。从用户角度出发，计算机网络可看成一个透明的数据传输机构，网络上的用户在访问网络中的资源时不必考虑网络的存在。

1.计算机网络系统的组成

从网络逻辑功能角度来看，可以将计算机网络分成通信子网和资源子网两部分，如图1-1所示。

网络系统以通信子网为中心，通信子网处于网络的内层，由网络中的通信控制处理器、其他通信设备、通信线路和用作信息交换的计算机组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。目前的通信子网一般由路由器、交换机、通信线路和其他网络设备组成。

资源子网处于网络的外围，由主机系统、终端、终端控制器、外部设备、各种软件资源与信息资源等组成，负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源和网络服务。主机系统是资源子网的主要组成部分，它通过高速通信线路与通信子网的通信控制处理器相连接。普通用户终端可通过主机系统连接入网，但随着计算机网络技术的不断发展，在现在的网络系统中，直接使用主机系统的用户在减少，资源子网的概念已有所变化。

从网络组成的硬件和软件角度来看，可以将计算机网络分成网络硬件系统和网络软件系统。

网络硬件系统是指构成计算机网络的硬件设备，包括各种计算机硬件、终端设备及通信设备。常见的网络硬件有计算机主机、网络终端、传输介质、网卡、集线器、交换机、路由器等。

网络软件系统主要包括网络通信协议、网络操作系统和各类网络应用系统。常见的网络软件系统有服务器操作系统、工作站操作系统、网络通信协议、设备驱动程序、网络管理系统软件、网络安全软件、网络应用软件等。

2.计算机系统的组成

计算机系统主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出，提供各种网络资源。根据在网络中的用途，计算机系统可分为主计算机和终端。

主计算机负责数据处理和网络控制，是构成网络的主要资源。主计算机又称主机，主要有大型机、中型机和微机。

终端是网络中数量大、分布广的设备，是用户进行网络操作、实现人机对话的工具。既能作为终端又可作为独立的计算机使用的被称为工作站。

3.网络操作系统

网络操作系统（NOS，Net Operating System）是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。它在计算机操作系统下工作，使计算机操作系统增加了网络操作所需要的功能。网络操作系统运行在称为服务器的计算机上，并由联网的计算机用户共享，这类用户称为客户。

LAN（Local Area Network，局域网）中的网络操作系统的分类如下。

（1）Windows类

Windows类操作系统是由Microsoft（微软）公司开发的。微软公司的Windows系统不仅在个人操作系统中占有绝对优势，而且在网络操作系统中也具有非常强劲的力量。这类操作系统配置在整个局域网中是最常见的。由于它对服务器的硬件要求较高，且稳定性能不是很高，所以微软的网络操作系统一般只用在中低档服务器中，高端服务器通常采用UNIX、Linux或Solaris等非Windows操作系统。在局域网中，微软的网络操作系统主要有Windows NT 4.0 Server、Windows 2000 Server/Advance Server，以及最新的Windows 2003 Server/Advance Server等，工作站系统可以采用任一Windows或非Windows操作系统，包括个人操作系统，如Windows 9x、Windows ME、Windows XP等。

在整个Windows网络操作系统中最为成功的还是Windows NT 4.0。它几乎成为了中小型企业局域网的标准操作系统，它继承了Windows家族统一的界面，使用户使用起来更加容易；它的功能也的确比较强大，基本上能满足所有中小型企业的各项网络需求。虽然与Windows 2000 Server、Windows 2003 Server系统相比，它在功能上要逊色许多，但它对服务器的硬件配置要求要低很多，可以更大程度上满足中小企业的PC服务器配置需求。

（2）Linux类

Linux类是一种新型的网络操作系统，它的最大的特点就是源代码开放，可以免费得到许多应用程序。目前也有中文版本的Linux，如Redhat、红旗Linux等。它在国内得到了用户充分的肯定，主要体现在它的安全性和稳定性方面。它与UNIX有许多类似之处。目前Linux类操作系统主要应用于中高档服务器中。

总的来说，对特定计算环境的支持使得每一种操作系统都有适合于自己的工作场合。例如，Windows 2000 Professional适用于桌面计算机，Linux目前较适用于小型的网络，而Windows 2000 Server和UNIX则适用于大型服务器应用程序。因此，对于不同的网络应用，需要选择合适的网络操作系统。

4.网络协议

网络上的计算机之间又是如何交换信息的呢?网络上的各台计算机之间也有一种语言—网络协议，不同的计算机之间只有使用相同的网络协议才能进行通信。

网络协议是网络上所有设备（网络服务器、计算机及交换机、路由器、防火墙等）之间通信规则的集合，它规定了通信时信息必须采用的格式和这些格式的意义。大多数网络都采用分层的体系结构，每一层都建立在它的下层之上，向它的上一层提供一定的服务，而把如何实现这一服务的细节对上一层加以屏蔽。一台设备上的第n层与另一台设备上的第n层进行通信的规则就是第n层协议。在网络的各层中存在着许多协议，接收方和发送方同层的协议必须一致，否则一方将无法识别另一方发出的信息。网络协议使网络上的各种设备能够相互交换信息。常见的协议有TCP/IP、IPX/SPX协议、NetBEUI协议等。