1.2 计算机网络结构和功能

1.2.1 计算机网络的结构

一般来讲，计算机网络由计算机系统、通信链路（线路及其设备）和网络结点组成。从功能上，计算机网络可以分为资源子网和通信子网两部分。

资源子网主要包括拥有资源的用户主机和请求资源的用户终端、通信子网接口设备和软件等，提供访问网络和处理数据的功能。

通信子网提供网络通信功能，完成主机之间的数据传输、交换、控制等通信任务。通信子网可分为交换和传输两部分：交换部分指结点交换机，结点交换机通常是一台小型计算机，起通信控制与转发作用；传输部分指高速通信线路，负责传输信息。

如果把网络单元定义为结点，两个结点间的连线称为链路，则从拓扑学的观点看，计算机网络就是由一组结点和链路组成的。网络结点和链路的几何图形就是网络拓扑结构或网络结构。网络中的结点有两类：端结点和转接结点。端结点指通信的源和目的结点，也称为访问结点，如用户主机和用户终端；转接结点指在网络通信过程中起控制和转发信息作用的结点，如路由器、交换机、通信处理机、集线器和终端控制器等。

通信子网的拓扑结构有很多种，主要有星状、树状、总线型、环状和网状等，如图1.3所示。

（1）星状

星状结构如图1.3（a）所示，每个从结点均有单独信道与中心主结点相连，中心主结点可与各从结点直接通信，而从结点之间必须经过中心主结点转接才能通信。中心主结点可以是功能很强的计算机，它具有数据处理和存储转发双重功能，也可以为交换机。这种结构简单、建网容易，当一条信道或一个从结点有故障时，不影响其他部分的工作，但当中心主结点有故障时全网停止工作。

星状结构常用于以下三种场合：

①数据传输主要在从结点与中心主结点之间，而从结点间很少交换数据。

②采用专用自动交换机（PABX）或计算机交换分机（CBX）的电话网。

③智能大厦：在智能大厦双绞线布线中，一般在每个楼层设置交换机，连接足够数量的站点设备，再通过大楼交换机将楼层交换机连接起来。

（2）树状

树状结构是星状结构的扩展，分层结构，具有根结点和分支结点星状结构，如图1.3（b）所示。星状网络中只有一个转发结点，而树状网络中除了叶子结点外，根结点和所有中间结点都是转发结点。

星状和树状都属于集中控制的通信网。只要采用合理的连接方案就可使树状结构通信线路的总费用比星状结构的费用低很多，但其结构比星状复杂，数据在传输中要经过多条链路，时延较大，适用于分级管理和控制系统。

（3）总线型

总线型结构采用一条公共总线通过相应的硬件接口连接所有工作站（主机）和其他共享设备（文件服务器、打印机等），结构简单，连接方便，如图1.3（c）所示。由于只有一条信道，所以在一个时刻只能有一个站发送数据，如何解决多站争用总线是总线型网络的关键问题。另外，总线中间不能出现故障，否则整个网络都会瘫痪，因此网络可靠性差，目前总线型已基本被淘汰。

（4）环状

各主机或终端经过环接口连成一个封闭环，图1.3（d）所示。环状结构初始安装比较容易，故障诊断定位较准确，由于环状网络是单向传输，点到点连接的，故非常适用于光纤连接，由于网络中间的故障会导致整个网络中断，所以可靠性较差，为此，人们通常采用双环结构双向传递数据来增强数据的传输安全性，如FDDI网。

（5）网状

网状结构是由分布在不同地点的计算机系统经信道连接而成的，其形状任意，如图1.3（e）所示。当把结点全连接起来时，点到点通信最为理想，但由于连接数是结点数的平方倍，连接数增长非常快，所以实际上是行不通的，因此其通常是不规则形状。其中的每个结点至少有两条链路与其他结点相连，任何一条链路出现故障时，数据报文仍可经过其他链路传输，可靠性较高。目前广域网采用这种结构。

（6）卫星通信网

通信卫星为一个中心交换站，通过地面站与地区网络互相连接，如图1.4所示。图中地区网络可以是以上各种类型的网络结构。