1.3网络的结构

1.3网络的结构计算机网络是由计算机系统、数据通信系统和网络操作系统组成的有机整体。计算机系统是网络的基本模块，提供各种网络资源。数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，提供各种连接技术和信息交换技术。网络操作系统是网络的组织管理者，提供各种网络服务。网络逻辑划分：资源子网与通信子网资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。通信子网为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。计算机网络的组成从资源构成的角度讲，计算机网络由硬件和软件组成：硬件包括各种主机、终端等用户端设备，以及交换机、路由器等通信控制处理设备；软件则由各种系统程序和应用程序以及大量的数据资源组成。有利于计算机网络的设计与实现，我们更多的是从功能角度去看待计算机网络的组成，并从功能上将计算机网络逻辑划分为资源子网和通信子网。网络逻辑划分：资源子网与通信子网资源子网负责全网的数据处理业务，并向网络用户提供各种网络资源和网络服务。主要由主机、终端以及相应的I/O设备、各种软件资源和数据资源构成。通信子网为资源子网提供传输、交换数据信息的能力。主要由通信控制处理机、通信链路及其他设备如调制解调器等组成。资源子网与通信子网结构资源子网通信子网CCPHostHostHostHostCCPCCPCCPCCPCCP资源子网与通信子网(续)CCP的三大主要功能：网络接口功能-----实现资源子网和通信子网的接口功能；存储/转发功能----对进入网络传输的数据信息提供转接功能；网络控制功能-----为数据提供路径选择、流量控制等功能。通信链路用于传输信息的物理信道以及为达到有效、可靠的传输质量所必需的信道设备的总称。1.3.1网络的基本模块1.主机(HOST)主机是Internet中不可缺少的成员，它是信息资源与服务的载体。主机可以分为两类：服务器与客户机。服务器：是信息资源与服务的提供者，它一般是性能较高、存储容量较大的计算机。客户机：是信息资源与服务的使用者，它可以是普通的微型机或便携机。2.终端（TERMINAL)3.通信控制处理机（CCP)4.集中器(CONCENTRATOR)5.本地线路6.高速线路1.3.2网络的拓朴结构“拓朴”的概念来自离散数学中的图论；拓扑学方法：把实体抽象成与其大小、形状无关的“点”，而把连接实体的线路抽象成“线”，进而以图的形式来表示这些点与线之间关系的方法，其目的在于研究这些点、线之间的相连关系。拓扑结构与几何结构属于两不同的数学概念在几何结构中，我们要考察的是点、线之间的位置关系，或者说几何结构强调的是点与线所构成的形状及大小；拓扑学关注的是点与线之间的关系。不同的几何结构可以具有相同的拓扑结构。广播式网络仅有一条通信信道，由网络上的所有机器共享。点对点网络由一对对机器之间的多条连接构成。为了能从源到达目的地，这种网络上的分组必须通过一台或多台中间机器，通常是多条路径，长度一般都不一样。因此，选择合理的路径十分重要。一般来说，小的网络采用广播方式，大的网络采用点到点方式。计算机网络拓朴结构将通信子网中的通信处理机、计算机等设备抽象成点，把连接这些设备的通信线路抽象成线，并将由这些点和线所构成的拓扑称为网络拓扑结构。为什么研究网络的拓扑结构而不是几何结构？网络拓朴结构反映出网络的结构关系，对于网络的性能、可靠性以及建设管理成本等都有着重要的影响，在整个网络设计中占有十分重要的地位，是网络构建时首先要考虑的因素之一。常见的网络拓朴结构•总线型•星型•树型•环型•分布型网络拓扑结构:采用拓扑学方法,用网络结构中的网络节点和连接线路构成的几何图形1.3.2按网络的拓扑结构常见的拓扑结构有：1.星型拓扑结构2.总线型拓扑结构3.环形拓扑结构4.树形拓扑结构5.分布型结构星形结构优点:建网容易、控制相对简单缺点:属于集中控制，对中心控制单元依赖性大，易出现瓶颈现象。交换式局域网以及双绞线以太网系统都是星形结构网络。总线型结构优点:可靠性高；局部工作站点出现故障，不会影响整个网络缺点:因为所有工作站通信均通过一条共用的总线，所以若总线的任何一点出现故障，将会造成整个网络瘫痪环形结构优点：管理简单，通信设备和线路节省，效率高缺点：某一节点出故障，系统瘫痪树形结构优点：控制线路简单，管理易于实现缺点：各工作站信息流通困难，共享能力差分布结构优点:可靠性高，资源共享方便缺点:线路复杂，网络管理困难无线电传输VLF，LF，MF，HF，VHF，UHF……无线电波的特性与频率有关•低频时，容易越过障碍物，能量衰减快；•高频时，直线传播，遇到障碍物会反射；•容易受到环境或电器设备的干扰。广播式传输广播式传输1．地面微波通信图1-21微波地面中继通信地球表面广播式传输2．卫星微波通信卫星微波通信（简称卫星通信）实际上是使用人造地球卫星作为中继器来转发信号的。微波传输特点•可用频带宽，通信容量大100MHz以上（主要是2~40GHz）•传输损伤小、抗干扰能力强•直线传输，方向性好•大气条件和固体物妨碍微波的传输图：微波传输塔广播式传输1.3.3网络的组织方法对等型局域网：网内所有节点一律平等。服务器型局域网：突出服务器的中心地位，是局域网的主流工作模式。工作模式表明了网络内部各个节点的相互关系一台主机就是网络上的一个节点（Node）1.对等型局域网（peertopeerLAN）网内每台计算机既可用作工作站，也可用作服务器，资源分布更加灵活。不需要专用服务器，成本较低，网内同一组中的计算机可以共享相互的资源。安全性较低，适用于小规模的办公室或家庭局域网。2.服务器型局域网(server-centricLAN)因特网的兴起带来了C/S工作模式的广泛应用，由于其资源利用更加合理，也在局域网中得到了推广，现在流行的局域网操作系统都支持C/S工作模式。80年代用一台服务器管理着几十台微机，在服务器上建立共享数据库，存储着大量系统软件和应用软件，提供网络上的用户共享，形成了文件共享方式。硬盘Server打印机PCPCPCPC文件共享方式2.服务器型局域网(server-centricLAN)九十年代又发展了新的网络结构一客户机（Client）/服务器（Server），简称C/S方式，体现了请求与服务之间的合作关系。计算机网络中有多个服务器，每个服务器提供一种专项服务。文件服务器Email服务器结构1.5计算机网络的硬件组成网络服务器由专门用作服务器的产品或由高性能的PC机充当，在局域网中，服务器可以将其CPU、内存、磁盘、打印机、数据等资源提供给客户机（工作站）共享，并负责对这些资源的管理，协调网络用户对这些资源的使用。局域网中的服务器大多是提供文件和打印机共享服务。在广域网中，服务器的功能是多种多样的，有承担电子邮件收发的邮件服务器，有服务器，有识别上网用户的域名服务器，新闻服务器等等。网络适配器网络适配器(NIA-NetworkInterfaceAdapter)，简称网卡。用于实现联网计算机和网络电缆之间的物理连接，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。集线器与交换机集线器的主要功能是提供多个双绞线或其他传输介质的连接端口，每个端口可通过传输介质和计算机中的网卡相连。当某个端口收到网络信号时，集线器将在传输中衰减了的信号放大整形后发往其他所有连接端口。集线器是局域网络的连网设备以太网卡HUB及交换机用HUB和交换机连接的局域网中继器中继器是最简单的局域网延伸设备，由于信号在网络传输介质中有衰减和噪音，使有用的数据信号变得越来越弱，因此为了保证有用数据的完整性，并在一定范围内传送，要用中继器把所接收到的弱信号分离，并再生放大以保持与原数据相同。中继器路由器（Router）两个以上不同类网络需要互联时，应使用路由器。路由器可根据网络上的信息拥挤的程度，自动的选择适当的路径传递信息。路由器调制解调器(Modem)调制解调器是一种能将数字信号调制成模拟信号，又能将模拟信号解调成数字信号的装置。个人用户通过电话线拨号上Internet，调制解调器是不可缺少的设备。调制解调器通信线路网络通信介质分为有线介质和无线介质两种。有线介质有双绞线、同轴电缆和光纤三种，无线介质又分为微波、卫星和红外等多种。光纤同轴电缆线部分传输介质双绞线双绞线（TwistedPair）同轴电缆（CoaxialCable）基带（BasebandCoaxialCable）•传输数字信号，一个信道•阻抗50，速率10Mbps宽带（BroadbandCoaxialCable）•传输多路不同频率的模拟信号•阻抗75，300M或450Mbps，100km光纤（FiberOptics）特点•依靠光波承载信息•高传送速率，通信容量大•传输损耗小，适合长距离传输•抗雷电和电磁干扰性能好，保密性好•轻便2.5传输介质2.5.1双绞线双绞线通常有非屏蔽式和屏蔽式两种。下图是非屏蔽双绞线UTP。灰色保护套双绞线线芯图1-15非屏蔽双绞线UTP2.5传输介质2.5.2同轴电缆同轴电缆有粗缆和细缆之分，下图所示为细同轴电缆段。内导体透明绝缘体外导体黑色保护套图1-16细同轴电缆2.5传输介质2.5.3光纤包带层防护套填充物光纤及包层远程电源线加强芯图1-19四芯光缆剖面图2.5传输介质2.5.4无线传输介质无线传输主要包括：无线电波、微波、红外线和激光等，各种无线传输对应的电磁波谱范围如下图所示。10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X-射线γ-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电(AM)无线电(FM)电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF