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第九章计算机网络和局域网的应用第一节计算机网络概述第二节局域网的分类及特第三节局域网的组成第四节组建简单办公局域网第五节资源共享习题九现代社会是一个网络社会，人们在日常生活中离不开网络，网络的诞生与发展，极大地方便了人们的信息交流和资源共享，推动着信息社会的飞速发展。第一节计算机网络概述一、计算机网络的概念从计算机网络的组成结构来看，它是通过外围设备和连线，将分布在不同区域的多台计算机连接在一起的集合；从计算机网络的功能来看，网络中的各台计算机之间可以进行信息交换，并可以访问网络中其他计算机中的共享资源。由以上两点可以概括得出：所谓计算机网络，就是将不同地理位置、具有独立功能的多台计算机系统，通过一定的通信设备和通信线路连接起来，在功能完善的网络软件的控制下实现网络资源共享和信息传递的系统。二、计算机网络的基本功能计算机网络主要包括以下4方面的基本功能：1．数据传输在计算机网络诞生初期，其主要用途就是在分散的计算机之间实现无差错的数据传输。因为要实现资源共享，就必须在源计算机与目标计算机之间完成数据的交换。2．资源共享计算机系统中的资源可以分为硬件资源和软件资源两种。硬件资源包括各种存储设备、输入/输出设备、信息处理设备等；软件资源包括各种应用程序、文件及数据库。网络中的用户可以通过网络访问共享资源，也可以将自己的资源共享给其他用户。3．分布式处理利用计算机网络的分布式处理功能，应用适当的算法，可以将某个大型任务分配到网络中的不同计算机上共同协作完成。这样，既可以实现负荷的均衡，也可以提高系统资源的利用率。4．网络综合服务使用计算机网络，可以对文字、声音、图像、数字、视频等多种信息进行传输、收集和处理。三、计算机网络的分类计算机网络的分类标准很多，人们从不同的角度和观点出发，可以将网络分为多种类型。一般情况下，有以下几种分类方法：1．按网络拓扑结构分类计算机网络的拓扑结构就是用网络的站点与连接线的几何关系来表示网络的结构，可以将网络分为星型、总线型、树型、环型、网状型和混合型等几种类型，如图9.1.1所示。图9.1.1常见的网络拓扑结构2．按网络传输技术分类按照计算机网络中的数据传输技术，可以将网络分为广播式网络和点对点网络。3．按网络的应用范围分类按网络的应用范围可以将其分为公用网和专用网。4．按网络的服务类型分类按网络的服务类型可以将其分为内联网、外联网和国际互联网。5．按网络的覆盖范围分类按网络的覆盖范围可以将其分为局域网、城域网和广域网。局域网的覆盖范围较小，通常在一个公司、一栋大楼之内；城域网的覆盖范围通常为一座城市；广域网的覆盖范围通常在几百平方公里甚至上万平方公里，可以是一个地区、一个国家甚至全球。四、计算机网络的组成计算机网络按照物理结构，可以分为网络硬件和网络软件两大部分；按照逻辑功能，可以分为资源子网和通信子网两大部分，如图9.1.2所示。终端终端主机主机终端主机主机终端网络节点终端主机通信子网用户资源子网图9.1.2计算机网络的组成1．网络硬件计算机网络的网络硬件主要包括服务器、工作站、通信介质以及连接设备。（1）服务器。服务器主要负责网络的正常运行或提供专用服务，为网络中的各个工作站发出的请求提供服务。它的性能要求较高，必须具有很高的稳定性、可靠性及连续工作的能力。（2）工作站。工作站也称为客户机、客户端或节点，是指连接到网络中的计算机。它是网络资源的使用者，也是用户直接可操作使用的终端。（3）通信介质。通信介质是连接网络中各种资源的物理线路。目前常用的通信介质包括双绞线、同轴电缆、光缆和无线通信媒体。（4）连接设备。网络中的连接设备主要有网卡、集线器、集中器、中继器、网桥、路由器、交换机及调制解调器等。2．网络软件计算机网络中的网络软件包括网络操作系统和通信协议两大部分。网络操作系统是运行在网络硬件基础上，为网络用户提供共享资源管理服务、基本通信服务、网络系统安全服务及其他网络服务的软件系统；通信协议是指计算机网络中通信各方事先约定的通信规则。3．资源子网资源子网包括拥有资源的用户主机、请求资源的用户终端、通信子网的接口设备和软件，它主要提供访问网络和处理数据的能力。4．通信子网通信子网包括交换部分的结点交换机和传输部分的高速通信线路，它主要提供网络通信功能。五、计算机网络的体系结构一个功能完善的计算机网络需要制定一套复杂的协议集，而计算机网络协议就是按照层次结构模型来组织的。我们把网络层次结构模型与各层协议的集合称为计算机网络体系结构。由于计算机网络中的硬件、软件非常复杂，因此必须采用结构化方式进行设计，按分层的结构来组织。国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但它们都属于专用的。国际标准化组织于1979年公布了开放系统互连参考模型（简称OSI参考模型），由于这个标准模型的建立，使各计算机网络向它靠拢，极大地推动了网络通信的发展。OSI参考模型将整个网络通信的功能划分为7层，如图9.1.3所示，各层的功能如下：第一层第二层第三层第四层第五层第六层第七层应用层数据链路层表示层会话层传输层网络层物理层应用层数据链路层表示层会话层传输层网络层物理层传输介质物理层协议数据链路层协议网络层协议应用层协议传输层协议会话层协议表示层协议A系统B系统图9.1.3OSI参考模型图（1）物理层。物理层是OSI参考模型的最低层，它主要负责将数据以比特流的方式发送和接收，它规定了通信设备的机械的、电气的、功能的和规程的特性等。（2）数据链路层。建立、维持和释放网络实体之间的数据链路，在链路上进行无差错的传送帧，负责准备物理传输、CRC、错误通知、网络拓扑、流控等。（3）网络层。负责对数据报文的分组传送和路由选择。（4）传输层。传输层是在低层服务的基础上提供一种通用的传输服务，确保源主机某进程到目的主机另一进程间的数据报文能正确传送。（5）会话层。建立、维护、控制会话，区分不同的会话以及提供单工、半双工、全双工3种通信模式的服务。（6）表示层。负责数据格式的编码、转化，确保应用层的正常工作。（7）应用层。应用层是与用户应用进程的接口，主要负责确定通信对象，并确保有足够的资源进行通信。局域网可以分为多种类型，但目前大多数分类都是按照其采用的拓扑结构进行的。局域网与城域网、广域网相比又有其自身的特点，下面简单介绍局域网的分类及其特点。一、局域网的分类按照局域网所采用的拓扑结构来分类，可以将局域网分为总线型、星型和环型等。第二节局域网的分类及特点1．总线型结构总线型结构是指用一段公共的通信线路将所有的计算机连接起来，这段通信线路被称为总线。总线型结构中的所有计算机都通过共享总线来完成信息的接收与发送。该结构的优点是结构简单灵活、易于扩充、可靠性高；缺点是某个时刻只能有一台计算机发送信息，且随着网络上用户数量的增加，会造成线路的竞争，使实际通信速率下降。2．星型结构星型结构是将网络中的计算机集中连接到一台称为中央计算机的主机上，中央计算机一般具有很强的通信处理能力，网络中任何两台计算机之间的通信都需要通过它进行转换。该结构的优点是结构简单，建网容易，便于管理；缺点是可靠性较低，一旦中央计算机出现故障，整个网络就会瘫痪。3．环型结构环型结构是将所有的计算机通过通信线路连接成一个环。该结构中的所有计算机都可以请求发送信息，当请求被批准后，即可向环路发送信息。信息经过环路流经环路中的所有计算机，且只有目的计算机才能接收信息。该结构的优点是网络控制简单，缺点是如果环路中有一台计算机出现故障，整个网络就不能正常传送信息。二、局域网的特点局域网和城域网、广域网相比，具有以下5方面的特点：（1）地理范围较小。局域网覆盖的地理范围通常在几米到几十千米之间，一般不超过30千米。由于其传输距离的限制，局域网通常用于连接一个企业、一个工厂、一个学校或一座大楼、一个办公室内的计算机等。（2）数据传输速率高。共享式局域网的传输速度为1～100Mb/s，交换式局域网技术的传输速率目前最高已达到1Gb/s。（3）传输延迟小。局域网的延迟比较小，一般在几毫秒到几十毫秒之间。（4）出错率低。局域网一般都使用有线传输介质，两个站点之间具有专用通信线路，使数据传输有专一的通道，因此误码率较低。（5）属单一组织拥有。局域网一般归单一组织拥有，并由网络的拥有者维护、管理网络以及创建新的连接。局域网由网络硬件和网络软件两大部分组成。网络硬件用于实现局域网的物理连接，为连在局域网上的计算机之间的通信提供一条物理通道，使通信双方能够相互传递信息。网络软件用来控制并具体实现通信双方的信息传递和网络资源的分配与共享。第三节局域网的组成一、网络硬件局域网的网络硬件包括网络服务器、网络工作站、网络接口卡、网络设备、传输介质、介质连接器及各种适配器。1．网络服务器网络服务器是连接在局域网上的一台计算机，即一个网络节点，它可以为网络用户提供各种网络服务和共享资源。网络服务器是局域网的核心，它拥有大量可共享的硬件资源和软件资源，并具有管理这些资源和协调网络用户访问资源的能力。2．网络工作站网络工作站是指能够在网络环境中工作，访问网络共享资源的计算机系统，通常又被称为客户机。网络工作站是连接在局域网中的一台计算机，它可以为网络用户提供访问网络服务器、共享网络资源、与网上的其他节点交流信息的操作台和前端窗口，使用户能够在网上工作。3．网络接口卡网络接口卡又称为网络适配器或网卡。网卡安装在计算机主机箱中的扩展槽中，用于实现计算机和传输介质之间的物理连接，为计算机之间相互通信提供一条物理通道，并通过这条通道进行高速数据传输。在局域网中，每一台联网的计算机都需要安装一块或多块网卡，通过介质连接器将计算机接入网络电缆系统。如图9.3.1所示即为一块通用的网卡。图9.3.1网卡4．网络设备网络设备是集线器、中继器、交换机等网络连接设备和网桥、路由器等网间互连设备的统称。通过这些设备可以把计算机连接起来组成局域网，可将多个局域网互连起来，组成规模更大的互联网。（1）集线器。集线器是局域网中连接计算机和服务器的设备。集线器是局域网中的星型连接点，每个工作站是用双绞线连接到集线器上，由集线器对工作站进行集中管理。（2）中继器。中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器用于将线路上传输的衰减信号进行放大，保持与原数据相同，再将其转发出去。（3）交换机。交换机中保存着每一个网段上所有节点的物理地址，当它收到一个数据包时，即检验数据包内包含的发送方地址和接收方地址。如果该地址位于发送方地址网段，则丢弃该地址，不将其传送到其他网段；否则，就将其转发到目标网段。（4）网桥。网桥又称桥接器，是一种存储转发设备，常用于互连局域网，即网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网。（5）路由器。路由器用于两个以上同类型局域网之间的连接。路由器有多个网络接口，包括局域网的网络接口和广域网的网络接口，每个网络接口可以连接到不同的网络。5．传输介质传输介质是通信双方交流信息的物理通道，用于两个网络站点之间原始比特流的实际传输。传输介质的种类繁多，每一种介质在带宽、延迟、信号衰减、抗干扰能力、传输距离、安装维护难度等方面都各不相同。网络中常用的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、光缆以及无线传输介质。（1）双绞线。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。将两根相互绝缘的铜导线按一定扭矩以逆时针方向绞合，这样可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电磁波会被另一根线上发出的电磁波抵消。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便形成双绞线电缆，如图9.3.2所示。图9.3.2双绞线电缆（2）同轴电缆。同轴电缆由铜芯、绝缘材料、屏蔽导体和塑料管4部分绕同一轴心组成，如图9.3.3所示。同轴电缆有细缆和粗缆之分，细缆主要用于数字信号的传输，粗缆主要用于模拟信号的传输。它比双绞线的价格稍贵，但其传输速率较高，因此也是一种常用的传输介质。图9.3.3同轴电缆（3）光纤和光缆。光纤的全称是光导纤维，它是一种传输光束的细微而柔韧的介质。