1.2 计算机网络的组成
与任何计算机系统是由软件和硬件组成一样，完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成。如定义所说，网络硬件系统是由计算机、通信设备和线路系统组成。网络软件系统则主要由网络操作系统以及包含在网络软件中的网络协议等部分组成。不同技术不同覆盖范围的计算机网络所用的软硬件配置都有不同，下面来详细介绍。
1.2.1 计算机网络的硬件组成
现在我们用的计算机网络都是以太网（Ethernet），其他类型的网络都逐渐被市场淘汰。
1．网卡
网卡又名网络适配器（Network Interface Card），简称NIC。它是计算机和网络线缆之间的物理接口，是一个独立的附加接口电路。任何的计算机要想连入网络都必须确保在主板上接入网卡。因此网卡是计算机网络中最常见也是最重要的物理设备之一。网卡的作用是将计算机要发送的数据整理分解为数据包，并转换成串行的光信号或电信号送至网线上传输；同样也把网线上传过来的信号整理转换成并行的数字信号，提供给计算机。因此网卡的功能可概括为：并行数据和串行信号之间的转换、数据包的装配与拆装、网络访问控制和数据缓冲等。现在流行的无线上网，则需要无线网卡。如图1.6所示为一个网卡。
图1.6 网卡
2．网线
计算机网络中计算机之间的线路系统由网线组成。网线有很多种类，通常用的有双绞线（图1.7）和光纤（图1.8）两种。其中双绞线一般用于局域网或计算机间少于100米的连接。光纤一般用于传输速率快、传输信息量大的计算机网络（如城域网，广域网等）。光纤的传输质量好速度快，但造价和维护费用昂贵；而双绞线简单易用，造价低廉，但只适合近距离通信。计算机的网卡上有专门的接口供网线接入。网线与网线制作的详细内容参见本书第4章局域网组建技术。
图1.7 双绞线
图1.8 光纤
3．集线器
集线器的英文称为“Hub”（图1.9）。它的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器工作在网络最底层，不具备任何智能，它只是简单地把信号放大，然后转发给所有接口。集线器一般只用于局域网，需要加电，它可以把若干个计算机用双绞线连接起来组成一个简单的网络。
图1.9 集线器
4．调制解调器
调制解调器（Modem），是计算机与电话线之间进行信号转换的装置，它可以完成计算机的数字信号与电话线的模拟信号的互相转换。使用调制解调器可以让计算机接入电话线，并利用电话线接入因特网。由于电话的使用远远早于因特网，所以电话线路系统早已渗入千家万户，并且非常完善和成熟。如果利用现有的电话线上网，可以省去搭建因特网线路系统的费用，这样可节省大量的资源。因此现在大多数人在家都利用调制解调器接入电话线上网，比如ADSL接入技术等。调制解调器（图1.10）简单易用，有内置和外置两种。
图1.10 ADSL调制解调器
5．交换机
交换机（Switch）又称网桥。在外形上交换机和集线器很相似，且都应用于局域网，但交换机是一个拥有智能和学习能力的设备。交换机接入网络后可以在短时间内学习掌握此网络的结构以及与它连接计算机的信息，可以对接到的数据进行过滤，而后将数据包送至与主机相连的接口。因此交换机比集线器传输速度更快，内部结构也更加复杂。一般人们可用交换机组建局域网或者用它把两个网络连接起来。市场上最简单的交换机造价在100元左右，而用于一个机构的局域网的交换机则需要上千甚至上万元。关于交换机（图1.11）的详细介绍参见第4章。
图1.11 交换机
6．路由器
路由器（Router）是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。因此路由器多用于互联局域网与广域网。路由器比交换机更加复杂，功能更加强大，它可以提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙功能，并且可以进行性能管理、容错管理和流量控制。路由器的造价远远高于交换机，一般用它来把社区网、企业网、校园网或者城域网接入因特网。市场上也有造价几百元的路由器，不过那只是功能不完全的简单路由，只可用于把几个电脑连入网络。路由器（图1.12）的详细介绍可详见本书第5章。
图1.12 路由器
7．服务器
通常在计算机网络中都有部分用于或专门用于服务其他主机的计算机，这些计算机叫做服务器。其实服务器并不能说它是一台计算机，准确地说它是一个计算机中用于服务的进程。因为一个计算机里可以同时运行多个服务进程和客户端进程，它在服务别的主机的同时也可以接受服务，所以很多时候对服务器是很难界定的。当然，大多数的时候人们一定会在计算机网络当中选择几台硬件性能不错的计算机专门用于网络服务，这就是人们通常意义上所说的服务器。但不管怎样，服务器是计算机网络当中一个重要的成员。比如，上网浏览的网页就来源于WWW 服务器。除此之外，还有动态分址的DHCP 服务器，共享文件资源的FTP服务器以及提供发送邮件服务的E-mail服务器等。服务器的内容详见第7章。
8．计算机网络终端
按照定义，计算机网络的终端一定是一台独立的计算机。其实随着硬件技术的飞速发展，除了1.1.1节所提到的哑终端外，已经有很多终端虽然不是计算机，但有了智能，比如手机，有很多手机不仅可以听音乐，发短信，而且都拥有了自己的操作系统，可以阅读文档、拍照、录像、上网，以及大容量存储，甚至新型的3G 手机可以视频对话，观看电影，语音输入。因此，未来“终端”和“独立的计算机”可能会逐渐失去严格的界限，很可能会有许多的智能设备出现在未来的计算机网络中。
以上介绍的八种设备组成了今天的计算机网络，这八个设备在网络中的位置如图1.13所示。
图1.13 计算机网络
1.2.2 计算机网络的软件组成
计算机网络除了硬件外，还必须有软件的支持才能发挥作用。如果网络硬件系统是计算机网络的躯体，那么网络软件系统则是计算机网络的灵魂。计算机网络软件系统就是来驾驭和管理计算机网络硬件资源，使得用户能够有效利用计算机网络的软件集合。在计算机网络软件系统中，网络协议是网络软件系统中最重要、最底层的内容，有了网络协议的支持才有了网络操作系统和其他网络应用软件。
1．网络协议
协议是通信双方为了实现通信而设计的约定或对话规则。网络协议则是网络中的计算机为了相互通信和交流而约定的规则。这就好比我们人类在交流沟通的时候约定“点头”表示同意，“摇头”表示不同意，“微笑”表示快乐，“皱眉”表示伤心等。计算机和我们人类一样，相互传输读取信息的时候也需要约定。比如在大多数时候它们约定相互传输数据前必须由一方向另外一方发出请求，在双方都收到对方“同意”的信息时才开始传送和接收数据。这样的约定或者规则就是计算机网络协议。当然计算机网络的协议比大家想象的要复杂得多。现在最流行的因特网协议包括TCP/IP协议，以及我们上网用得最多的HTTP协议、FTP协议等。网络协议是计算机网络软件系统的基础，网络没有了协议就好像比赛失去了规则一样，会失去控制。一台计算机只有在遵守网络协议的前提下，才能在网络上与其他计算机进行正常的通信。
2．网络操作系统
网络操作系统（NOS, Network Operating System）是计算机网络的心脏。它是负责管理整个网络资源，提供网络通信，并给予用户友好的操作界面，为网络用户提供服务的操作系统。简单地说，网络操作系统就是用来驾驭和管理计算机网络的平台，就像单机操作系统是用来管理和掌控单个计算机的一样。只要在网络中的一台计算机上装入网络操作系统，就可以通过这个平台管理和控制整个网络资源。一般的网络操作系统是在计算机单机操作系统的基础上建立起来的，只不过是加入了强大的网络功能。比如Windows操作系统家族里有单机版的操作系统Windows XP，也有网络操作系统Windows 2000 Server, Windows 2003 Server等。
（1）网络操作系统特点
网络操作系统作为网络用户和计算机之间的接口，通常具有复杂性、并行性、高效性和安全性等特点。一般要求网络操作系统具有如下功能：
① 支持多任务：要求操作系统在同一时间能够处理多个应用程序，每个应用程序在不同的内存空间运行。
② 支持大内存：要求操作系统支持较大的物理内存，以便应用程序能够更好地运行。
③ 支持对称多处理器：要求操作系统支持多个CPU以减少事务处理时间，提高操作系统性能。
④ 支持网络负载平衡：要求操作系统能够与其他计算机构成一个虚拟系统，满足多用户访问时的需要。
⑤ 支持远程管理：要求操作系统能够支持用户通过Internet 远程管理和维护，比如Windows Server 2003操作系统支持的终端服务。
（2）网络操作系统结构
局域网的组建模式通常有对等网络和客户机/服务器网络两种。客户机/服务器网络是目前组网的标准模型。客户机/服务器网络操作系统由客户机操作系统和服务器操作系统两部分组成。Novell NetWare是典型的客户机/服务器网络操作系统。
客户机操作系统的功能是一方面让用户能够使用本地资源和处理本地的命令和应用程序，另一方面实现客户机与服务器的通信。
服务器操作系统的主要功能是管理服务器和网络中的各种资源，实现服务器与客户机的通信，提供网络服务和提供网络安全管理。
（3）常见网络操作系统
① Windows操作系统。Windows系列操作系统是微软开发一种界面友好操作简便的网络操作系统。Windows 操作系统其客户端产品有Windows 95/98/me、Windows WorkStation、Windows 2000 Professional 和Windows XP 等。Windows 操作系统其服务器端产品包括Windows NT Server、Windows 2000 Server和Windows Server 2003等。Windows操作系统支持即插即用、多任务、对称多处理和群集等一系列功能。
② UNIX操作系统。UNIX操作系统是在麻省理工学院开发的一种分时操作系统的基础上发展起来的网络操作系统。UNIX 操作系统是目前功能最强、安全性和稳定性最高的网络操作系统，通常与硬件服务器产品一起捆绑销售。UNIX是一种多用户、多任务的操作系统。
③ Linux操作系统。Linux是芬兰赫尔辛基大学的学生Linux Torvalds开发的具有UNIX操作系统特征的新一代网络操作系统。Linux 操作系统的最大特征在于其源代码是向用户完全公开，任何一个用户可根据自己的需要修改Linux操作系统的内核，所以Linux操作系统的发展速度非常迅猛。Linux操作系统具有如下特点：
● 可完全免费获得，不需要支付任何费用。
● 可在任何基于X86的平台和RISC体系结构的计算机系统上运行。
● 可实现UNIX操作系统的所有功能。
● 具有强大的网络功能。
● 完全开放源代码。
3．其他网络软件
对于计算机网络软件系统来说，网络操作系统只是一个使用平台。要想真正地驾驭网络硬件、利用网络资源，还必须在网络操作系统这个平台里装入网络应用软件。这就好比单个计算机装入Windows XP后，还是不能制表格、看动画、上网听音乐等，必须要装入Office, Flash等应用软件才可以真正地利用计算机来做人们想要完成的事情。
网络应用软件种类繁多、五花八门。它们运行在网络操作系统这个平台上，并且都能够借助网络操作系统来使用某些网络硬件资源，完成不同的网络任务。每天开发出来的新网络软件成千上万，经常用的网络软件如下：
（1）聊天类软件
腾讯QQ、微软MSN、网易POPO、新浪UC等。现在这些聊天软件功能发展得非常强大。在网上可以利用它们和别人进行文字聊天、语音聊天、视频聊天、传输文件，甚至可以举行视频会议。特别是中国人经常用的腾讯QQ还提供博客（QQ空间）、通信录、网络硬盘、多人在线通信（QQ群）、天气预报、新闻资讯、游戏等功能。
（2） Web浏览器
有Internet Explorer, Mozilla Firefox, Tencent Traveler（腾讯TT）等。Web浏览器是用来浏览网页的工具。浏览网页几乎占领了我们上网的大部分时间，因为因特网资源的呈现载体以网页为主。网页上可以承载资源的种类很多，有图片、文字、音频、视频、动画等。由于Web浏览器上集成了相关的网络协议与网络软件，因此通过浏览器就可以直接浏览图像、观看视频、上传信息，甚至在线聊天等。当然网页中应用最多的还是“超级链接”。通过“超级链接”，可以进入下一个网页，继续浏览网页资源。
（3）杀毒软件
现有诺顿、卡巴斯基、瑞星、江民、金山毒霸等。网络杀毒软件一般拥有防毒、查毒、杀毒等功能。所有的计算机只要连上网络就必须要装入杀毒软件，以防止被网络病毒感染。所有的杀毒软件都需要定期更新病毒库，以保持对病毒的最新认知。一般的，防火墙和杀毒软件构筑了计算机的防毒壁垒。
（4）网络播放器
常见的有Windows Media Player、Realone Player、暴风影音、千千静听等。网络播放器用于对网络音频和视频资源的播放。通过它可以在线看电影、在线听歌、在线欣赏动画等。由于很多网络软件都集成了网络播放器，使得网络播放器已经渗入到我们上网的每一个角落。
（5）网络下载工具
迅雷（Thunder）、BitComet（BT）、酷狗（KuGoo）、Internet Download Manager（IDM）等。现在的网络下载工具都是P2P软件，支持点对点传输。这就使得下载网络资源不再单纯依靠专门的下载服务器，而是可以利用这些软件与网络上所有拥有这些资源的计算机进行连接，并进行点到点的传输。这样做极大地利用了现有的资源，也可以比以前更加方便和快速地下载到自己想要的网络资源。