計算機網絡的功能

計算機網絡的主要功能概括爲以下幾個方面：資源共享、數據通信、集中管理、增加可靠性、提高系統處理能力和提供安全功能。

資源共享

在計算機網絡世界中，可以共享的資源很多，從大型的數據庫、巨型計算機，到一部打印機、一個U盤。這些資源並非爲每一個用戶本地計算機獨自擁有，也可爲他人所用，實行資源共享。網絡資源包括以下幾類。

表 網絡資源類型

名稱	內涵	例子
數據	保存在數據庫中、磁盤陣列磁帶、光盤等介質上的原始數據。	衛星雲圖數據、人體數據、海洋數據、地質數據等。
信息	使用語言、文字、數字、符號、圖像、聲音、情景、表情、狀態等方式傳遞的內容，它來源于對數據的處理。	氣象信息、各類數據庫信息等。
軟件	在正規渠道的共享下，可允許網絡上的多個用戶同時使用，不必擔心侵犯版權和數據完整性，能達到節省投資的目的。	動漫制作軟件、網絡殺毒軟件、大型數據庫軟件等。
硬件設備	網絡共享的硬件通常是指那些價格不菲或利用率不高的設備，還包括通信線路和設備。	打印機、超級計算機、圖形工作站、磁盤陣列、繪圖儀、DDN專線、路由器、網關、訪問服務器，主幹線路（光纖）、配線架、交換機等。

資源共享的結果是避免重複投資和勞動，從而提高了資源的利用率，使系統的整體性能價格比得到改善。

數據通信

數據通信是計算機網絡最基本的功能，它爲資源共享提供了一個基礎平台，所有的資源共享都是建立在數據通信的基礎上的。數據通信包括數據傳輸交換時的格式、傳輸差錯時的控制、傳輸速度的匹配約定等。同時較之資源共享功能不同，計算機網絡爲人們提供了豐富多彩的通信業務模式，歸納起來有以下幾類：

（1）信息查詢與檢索，如基于WWW的Google、Yahoo等。

（2）文件傳輸與交換，例如FTP等。

（3）電子數據交換技術（EDI，Electronic Data Interchange）。

（4）電子郵件（E-mail）。

（5）遠程登錄（Telnet）。

（6）信息點播，如視頻點播（VOD，Video on Demand）。

（7）遠程教學。

（8）可視會議。

（9）虛擬現實。

（10）辦公自動化（OA，Office Automation）。

（11）電子公告牌，BBS，QQ聊天等。

（12）交互式網絡遊戲。

集中管理

計算機網絡技術的發展和應用，已使得現代辦公、經營管理等發生了很大的變化。目前，已經有了許多管理信息系統（MIS，Management Information System）、辦公自動化（OA）系統等，通過這些系統可以將地理位置分散的生産單位或業務部門連接起來進行集中的控制和管理，提高工作效率，增加經濟效益。同時一些貴重的設備也可以不受地域的限制，進行集中管理，共享運行環境，節省運營和管理成本，提高設備利用率。

增加可靠性

在一個系統內，單個部件或計算機的暫時失效必須通過替換資源的辦法來維持系統的繼續運行。但在計算機網絡中，每種資源（尤其程序和數據）可以存放在多個地點，而用戶可以通過多種途徑來訪問網內的某個資源，從而避免了單點失效對用戶産生的影響。例如數據的異地備份、計算機集群工作、計算機網格等。

提高系統處理能力

單機的處理能力是有限的，且由于種種原因（例如時差），計算機之間的忙閑程度是不均勻的。從理論上講，在同一網內的多台計算機可通過協同操作和並行處理來提高整個系統的處理能力，並使網內各計算機負載均衡。

由于計算機網絡具備上述功能，因此可以得到廣泛應用。在銀行利用計算機網絡進行業務處理時，可使用戶在異地實現通存通兌，還可以利用地理位置的差異增加資金的流通速度。例如，地處美國的銀行晚上停止營業後將資金通過網絡轉借給新加坡的銀行，而此刻新加坡正是白天，新加坡銀行就可在白天利用這些資金，到晚上再歸還給美國的銀行，從而提高了資金的利用率。

使用網絡的另一個主要領域是訪問遠程分布數據庫。人們可以坐在家裏向世界上任何地方預訂飛機票、火車票、汽車票、輪船票，向飯店、餐館和劇院訂座，並且可以立即得到答複。

所以SUN公司提出網絡就是計算機的理念，網絡使得計算機可以在任何地方、任何時間爲任何人服務。

安全功能

計算機網絡從誕生之日就交織著資源共享和資源安全的這一對“矛盾”，計算機網絡安全也隨著計算機網絡的普及越來越顯得重要和不可或缺。它也是計算機網絡本身必須具備的基本功能，沒有它就不能稱之爲網絡。從早期的用戶權限密碼確認到認證中心的用戶認證、網絡殺毒、防火牆的設置、VPN（虛擬專網）限制，都體現了計算機網絡所必須具備的安全功能。也正是計算機網絡具有這種安全功能，人們可以放心地進行網上購物、交易，才可以進行遠程醫療、遠程協同作業。

計算機網絡的組成

計算機網絡系統是由通信子網和資源子網組成的。計算機網絡首先是一個通信網絡，各計算機之間通過通信媒體、通信設備進行數據通信；其次，在此基礎上各計算機可以通過網絡軟件共享其他計算機上的硬件資源、軟件資源和數據資源。

爲了簡化計算機網絡的分析與設計，有利于網絡的硬件和軟件配置，按照計算機網絡的系統功能，將一個計算機網絡中實現網絡通信功能的設備及其軟件的集合稱爲網絡的通信子網，而把網絡中實現資源共享功能的設備及其軟件的集合稱爲資源子網。其構成如圖所示。

圖 計算機網絡通信子網與資源子網

表 資源子網和通信子網的區別

名稱	主要負責	主要包括
資源子網	全網的信息處理，爲網絡用戶提供網絡服務和資源共享等功能。	網絡中所有的主計算機、I/O設備和終端，各種網絡協議、網絡軟件和數據庫等。
通信子網	全網的數據通信，爲網絡用戶提供數據傳輸、轉接、加工和轉換等通信處理工作。	通信線路（即傳輸介質）、網絡連接設備（如網絡接口設備、通信控制處理機、網橋、路由器、交換機、網關、調制解調器和衛星地面接收站等）、網絡通信協議和通信控制軟件等。

計算機網絡的定義

關于計算機網絡的最簡單理解是：一些相互連接的、以共享資源爲目的的、自治的計算機的集合。

計算機網絡就是利用通信設備和線路將地理位置不同，且功能獨立的多個計算機系統互聯起來，以功能完善的網絡軟件（即網絡通信協議、信息交換方式、網絡操作系統等）實現網絡中資源共享和信息傳遞的系統。

從定義中可以看出此概念涉及以下4個方面的問題。

（1）至少兩台計算機及其他設備（如打印機、外接硬盤等）互聯。

（2）通信設備與線路介質。

（3）網絡軟件，通信協議和網絡操作系統。

（4）聯網計算機的“獨立自治”性，主要是爲了將計算機網絡與主機加終端構成的分時系統，以及與主機加從屬計算機構成的主從式系統區分開。如果一台計算機帶多台終端和打印機，這種系統通常被稱爲多用戶系統，而不是計算機網絡；而由一台主控機帶多台從控機構成的系統，是主從式系統，也不是計算機網絡。

計算機網絡的分類

計算機網絡的分類標准很多，比如按網絡覆蓋的地理範圍、網絡的傳輸介質、網絡的拓撲結構、網絡的通信方式、網絡的使用目的、網絡的服務方式等，但這些分類標准僅給出了網絡某一方面的特征，並不能反映網絡技術的本質。

按網絡覆蓋的地理範圍分類

計算機網絡按網絡覆蓋的地理範圍進行分類可以分爲局域網、城域網和廣域網3種。

表 網絡分類對比

名稱	內容	覆蓋範圍	傳輸速率
局域網	一般是在較小的範圍內，通常采用有線的方式將多台計算機及外部設備連接起來形成的計算機網絡，實現資源共享。	覆蓋的地理範圍從幾十米至數公裏，一般不超過十公裏。例如，一個實驗室、一棟大樓、一個單位或一所大學的校園。	傳輸速率較高，通常從幾百Kb/s到1 000 Mb/s。
城域網	局域網的延伸，像一個大型的局域網，用于局域網之間的連接，其規模限定在一座城市的範圍內。	覆蓋的地理範圍從幾十公裏至數百公裏，例如，在一個城市的範圍內，將政府部門、大型企業、機關以及社會服務部門的計算機聯網，以形成大量用戶的多種信息（語音、動畫、圖像、視頻、電子郵件及超文本網頁等）傳輸和資源共享的綜合信息網絡。	傳輸速率通常從幾百Kb/s到100 Mb/s
廣域網	在采用技術、應用範圍和協議標准方面與局域網和城域網均有所不同。廣域網通常是利用電信部門提供的各種公用交換數據網，將分布在不同地域的計算機系統連接起來，達到資源共享。	覆蓋的地理範圍從數百公裏至數千公裏，甚至上萬公裏。該範圍可以是一個地區或一個國家，甚至是世界幾大洲。	傳輸速率與通信介質有關，通常爲幾Kb/s到幾十Mb/s。

按網絡的傳輸介質分類

傳輸介質又稱爲通信介質或媒體，它是計算機網絡數據傳輸的通道。傳輸介質決定了網絡的數據傳輸速度、網絡段的最大長度、傳輸的可靠性及網卡的複雜性。

計算機網絡按網絡的傳輸介質可以分爲有線網和無線網兩種。

（1）有線網

有線網是指選用雙絞線、同軸電纜或光纖作爲傳輸介質的計算機網絡。

① 雙絞線（Twist Pair）：雙絞線是直接采用標准的電話線傳遞信息的媒體。由于電話線采用了一對互相絕緣的金屬導線以互相絞和的方式來抵禦一部分外界電磁波的幹擾，故稱“雙絞線”。

雙絞線只適合短距離傳輸。雙絞線內的導線越粗，線路的衰減越小。雙絞線按其導線的粗細可分爲3類線、5類線和超5類線。一般雙絞線應用于10Mbps～1000Mbps的數據傳輸速率之間，直接傳輸距離通常控制在100m以內，也可以經過中繼放大後延長傳輸距離。

② 同軸電纜（Coaxial Cable）：同軸電纜是內、外兩層導體之間用絕緣材料互相隔離。內導體是單股實芯線或多股絞合線；外導體是一圈導體編織層，並與內導體在同一個軸心上，所以稱爲同軸電纜。同軸電纜的設計是爲了防止外部電磁波的幹擾，同軸電纜越粗，其所傳遞的信號衰減越小。同軸電纜的無中繼傳輸距離要比雙絞線略長一些。

目前有的地區使用有線電視電纜通過電纜調制解調器上網，利用有線電視網進行數據傳輸，可以達到高速訪問因特網的目的。

③ 光纖（Optic Fiber）：光纖全稱爲光導纖維，它是用純石英以特別的工藝拉成的細絲。光纖的直徑約爲10～100μm，比頭發絲還細，但它可以在很短的時間內傳遞巨大數量的信息。應用光纖傳輸大量數據是采用了光波的波分複用技術（Wavelength Division Multiplexing，WDM），WDM技術把不同的光譜作爲每路數據傳輸信道的載波，分別攜帶多路信號，再分別通過不同的入射角把多路光線合到一起成爲一束混合光，在光纖裏傳輸；當到達傳輸對方時，再用相反的方法把混合光分解開，分別送到各路信道裏。

由于光纖有頻帶較寬、傳輸的誤碼率低、不受外界幹擾等優點，所以光纖被廣泛應用于網絡的傳輸中。

（2）無線網

采用無線方式是使用無線電波作爲載體通過自由空間來傳輸數據，這種方式可以省去線路的架設，允許數字終端設備在一定範圍內移動，爲邊遠山區和沿海島嶼的PC機入網及便攜式計算機入網提供了可能。

無線方式可分爲兩類。第一類是使用微波信道，把微波信號作爲載波信號，用被傳輸的模擬信號或數字信號來調制它。所用微波的頻率範圍在1GHz～20GHz，可以同時傳輸大量信息，由于微波能穿透電離層而不反射到地面，所以只能沿地球表面直接發射；由于微波傳輸損耗大，所以傳輸中需要中繼。

第二類是紅外線通信，可通過小型紅外線收、發裝置在計算機之間進行數據傳輸。

① 無線電話網：通過手機上網，目前已經成爲上網熱點。這種上網方式雖然速率較低、費用偏高，但由于聯網方式靈活方便，仍是一種很有發展前途的聯網方式。

② 無線電視網：普及率較高，但無法在一個頻道上和用戶進行實時交互。

③ 衛星通信網：爲了增加微波的傳輸距離，可將微波中繼站放到人造衛星上，從而形成衛星通信系統。衛星通信系統是一種特殊的微波中繼系統。

衛星通信有兩類，一類是同步地球通信衛星，另一類是近地軌道通信衛星。

同步地球通信衛星距離地球較遠，信號較弱，地面需要較大口徑的接收天線，但這種通信衛星比較穩定；近地軌道通信衛星天線發射功率和接收靈敏度要低于同步地球通信衛星，只是它不與地球同步，通信不穩定，常需要多個衛星接力才能做到通信連續不斷。

衛星通信網可以進行環球的遠距離通信，只是價格昂貴。

按網絡的拓撲結構分類

拓撲學是幾何學的一個分支，它是由圖論演變而來。拓撲學首先把實體抽象成與其大小、形狀無關的點，將連接實體的線路抽象成線，進而研究點、線、面之間的關系，使人們對網絡整體有一個明確的印象。 計算機網絡的拓撲結構就是指網絡中通信線路和站點（計算機或設備）的幾何排列形式。這種幾何排列形式通常有星型拓撲結構、樹型拓撲結構、總線拓撲結構、環型拓撲結構、網狀型拓撲結構等5種，如下圖所示。從而計算機網絡按拓撲結構可分爲：星型網絡、樹型網絡、總線型網絡、環型網絡和網狀型網絡5種。

星型網絡

星型網絡是以一個中心站點和若幹個外圍站點相連的計算機網絡。

星型網絡的優點是網絡協議簡單，容易控制數據的安全性和優先級，容易增加新站點，容易檢測和隔離錯誤。

星型網絡的缺點是中心站點負荷較重，容易出現網絡瓶頸，並且一旦中心站點發生故障，將導致整個網絡癱瘓。客戶機和主機的聯機系統就是星型拓撲結構。

總線型網絡

總線型網絡是用一條公共線（總線）作爲數據通道，所有站點都連接在這條總線上。總線型網絡中一個站點發出的信息可以被網絡上的各個站點接收。

總線型網絡的優點是布線簡單、維護方便、建設成本低，網絡上某個站點出現故障一般不會影響整個網絡。

總線型網絡的缺點是網上監控、檢測比較困難，安全性較差。

局域網中的以太網就是總線拓撲結構的網絡。

網狀型網絡

網狀型網絡是網絡上各個站點之間的連接是任意、無規則的連接，其中某個站點可能與其他幾個站點相連。

網狀型網絡的優點是可靠性高、容錯性好，由于每個傳輸鏈路都相互獨立，故易于維護。

網狀型網絡的缺點是相對其他類型的網絡來說，網狀型網絡安裝困難，並難于增加新站點；由于網狀型網絡結構複雜，必須采用路由選擇算法和流量控制方法。

以上介紹的網絡拓撲結構是網絡的基本結構，在實際組網時，往往不是單一結構，而是由幾種基本類型混合而成，如局域網常采用總線型、星型、環型和樹型結構，廣域網則常采用樹型和網狀型結構。

樹型網絡

樹型網絡又稱爲分級的集中式網絡。樹型網絡是星型網絡的擴展，它采用分層結構，具有一個站點和多層分支站點。

樹型網絡的優點是網絡結構簡單、成本低，站點擴充方便靈活；在網絡中任意兩個站點間不産生回路，每個鏈路都支持雙向傳輸。

樹型網絡的缺點是除葉站點及與其相連的鏈路外，任何一個工作站及其鏈路産生故障都可能影響網絡系統的正常運行。

環型網絡

環型網絡是網絡上的所有站點通過點對點通信線路連接成一個閉合環路，網絡中的數據將按照相同的方向逐站傳送。

環型網絡的優點是結構簡單，網上傳輸延時固定，容易維護。

環型網絡的缺點是環路中某個站點出現故障都可能造成整個網絡癱瘓，網絡建成後不易增加新站點。

按網絡的通信方式分類

計算機網絡按網絡的通信方式可以分爲點對點傳輸網絡和廣播式傳輸網絡兩種。

表 網絡通信方式對比

名稱	連接方式	傳輸條件	典型代表
點對點傳輸網絡	點對點。	點到點的方式在計算機或通信設備中進行傳輸。這種傳輸方式沒有信道競爭，幾乎不存在信道訪問控制問題。	星型網絡、環型網絡
廣播式傳輸網絡	利用一個共同的傳輸介質把各個站點連接起來，使網上站點共享一條信道，其中任一個站點輸出的數據，其他站點均可以接收。	適用于地域範圍較小或保密性要求不高的網絡。	總線型網絡、無線網

按網絡的使用目的分類

計算機網絡按網絡的使用目的可以分爲共享資源網、數據處理網和數據傳輸網3種。

（1）共享資源網

共享資源網中的使用者可以共享網絡中的各種資源，包括硬件資源，例如：打印機、掃描儀、繪圖儀等，軟件資源以及各種服務。因特網就是典型的國際共享資源網。

（2）數據處理網

數據處理網是專用于數據處理的網絡，如研究機構的科學計算網絡和企業內部的經營管理網絡等。

（3）數據傳輸網

數據傳輸網絡專用于收集、交換、傳輸數據的網絡，如情報檢索網絡等。

目前，網絡的使用目的都不是單一的，多是綜合性的網絡。

按網絡的服務方式分類

計算機網絡按網絡的服務方式可以分爲客戶機/服務器模式、浏覽器/服務器模式和對等網3種。

（1）客戶機/服務器模式

在客戶機/服務器（C/S，Client/Server）模式中，服務器指的是在網絡上可以提供服務的任何程序（計算機），客戶機指的是向服務器發起請求並等待響應的程序（計算機）。服務器一般以並發服務器的方式隨系統啓動而啓動，當無請求時，服務器處于等待狀態；當請求到達時，服務器爲其産生一個子進程，處理這個請求並做出響應；當下一個請求到達時，服務器爲其再産生一個新的子進程。在這種模式下，服務器可以很好地處理網絡上客戶機隨機、並發的請求。

（2）浏覽器/服務器（browser/server B/S）模式

浏覽器/服務器（B/S，Browser/Server）模式是因特網上使用的模式。這種模式最主要的特點是與軟硬件平台無關，它是把應用邏輯和業務處理規則放在服務器一側。

（3）對等網

對等網（Peer to Peer）是指系統內每台計算機的“地位”均是平等的，在對等網內允許每台計算機共享其他計算機內部的信息資源和硬件資源。對等網內的計算機一般類型均相同，甚至操作系統也相同。所以，對等網較難實現集中管理與控制，其安全性較差，較適合于機關內部協同工作的小型網絡。