第4章 计算机网络应用

第4章计算机网络应用21世纪的世界经济正在从工业经济向知识经济转变，知识经济的重要特点就是信息化和全球化。

要实现信息化和全球化，就必须依靠完善的网络，网络对社会生活的很多方面以及对社会经济的发展已经产生了不可逆转的影响。

现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开计算机网络。

设想某一天计算机网络出现故障，我们将无法购买飞机票、火车票，无法到银行存钱或取钱，股市交易将停顿，在图书馆也无法检索图书和资料。

因特网已成为全球性的信息基础结构的雏形，全世界所有的发达国家和很多发展中国家都纷纷研究制定本国建设信息基础结构的计划。

这就使得计算机网络的发展进入了一个新的历史阶段，变成了几乎人人都知道而且十分关心的热门学科。

4.1 计算机网络基础计算机网络是把分布在不同地点的、具有独立运行能力的计算机，利用通信线路物理地连接起来，在网络软件系统控制下相互通信，以共享数据资源、信息交换和分布式协同工作为目标的系统。

4.1.1 计算机网络的发展及分类1.计算机网络的发展计算机网络的发展可以划分为计算机网络迅速兴起、网络体系结构与网络协议标准化、高速网络技术和Internet应用三个阶段。

（1）计算机网络迅速兴起1969年在美国诞生的的ARPANET是计算机网络技术发展中的一个里程碑，开创了“计算机—计算机”通信时代。

20世纪七八十年代出现了大量的计算机网络，同时，两级网络结构的概念使公用数据网得到发展，解决了专用通信子网造价昂贵、线路利用率低、重复组建投资大等问题，为计算机网络的发展提供了良好的外部通信条件，也成为远程计算机网络或称广域网的重要组成部分。

在广域网发展的同时，局部地区计算机连网的需求日益强烈。

70年代初期，一些大学和研究所为实现实验室或校园内多台计算机共同完成科学计算与资源共享的目的，开始了局域计算机网络的研究并取得了成功。

如1972年美国加州大学研制了Newhall环网；1976年美国Xerox公司研究了总线拓扑的实验性Ethernet网；1974年英国剑桥大学研制了Cambridge Ring环网，这些研究成果对局域网技术的发展起了十分重要的作用。

广域网扩大了信息社会中资源共享的范围，局域网则增强了信息社会中资源共享的深度，两者的发展以及结合对信息社会的影响极其深远。

（2）网络体系结构与网络协议标准化随着大量的、各自研制的计算机网络的广泛应用，各计算机公司纷纷提出各自的网络体系结构，并推出实现这些网络体系结构的软硬件产品。

用户购买计算机公司提供的网络产品，使用自己的或租用的通信线路，就可以组建自己的计算机网络。

例如，按IBM 公司的SNA体系组建的网络称SNA网，按DEC公司的DNA组建的网络称DNA网。

这就带来了新的问题：不同公司提供的网络产品互连十分困难。

这个问题限制了计算机网络的发展和应用，于是在20世纪70年代中后期，开始了计算机网络体系结构与网络协议标准化的研究。

国际标准化组织ISO（International Standards Organization）于1984年提出了“开放系统互连参考模型”，不仅确保了各公司产品间的互连，同时也促进了企业间的竞争，使计算机网络的发展进入一个良性阶段。

（3）高速网络技术与Internet应用20世纪90年代后，计算机网络用户在网络数据传输速度、数据多样化、网络互连等方面又提出了新的更高的要求，为此出现了以异步传输模式A TM（Asynchronous Transfer Mode）为代表的高速网络技术和世界性的信息网络Internet，使网络的应用进一步深入到了我们工作和生活的各领域，成为社会不可或缺的组成部分。

Internet是用路由器实现多个广域网和局域网互连的大型网际网，是覆盖全球的信息基础设施之一，对于用户它好像是一个庞大的广域网，可以实现全球范围的电子邮件、WWW信息查询与浏览、电子新闻、文件传输、语音与图像通信服务等功能。

高速网络技术的发展主要表现在宽带综合业务数据网B-ISDN、异步传输模式A TM、高速局域网、交换局域网、虚拟网络等方面，这些技术的发展使计算机网络能够在不同的方面和层次上满足各种用户的需求。

（4）计算机网络新技术计算机网络的新技术很多，其中无线局域网是以无线方式相连的计算机之间的资源共享，采用红外线或者无线电波作为传输媒体，它除具有传统网络所支持的各种服务功能外，还可以在一定的区域实现移动并随时与网络保持联系。

个人局域网是近年来随着各种短距离无线电技术的发展提出的一个新概念。

它的基本思想是用无线电或红外线通信实现个人信息终端的智能化互联，从而组建个人化的信息网络。

蓝牙（BlueTooth）技术是个人局域网的主要实现技术，它是一种大容量近距离无线数字通信的技术标准，其目标是实现最高数据传输速度1Mb/s、最大传输距离为10cm-10m,通过增加发射功率可达到100m。

2．计算机网络的分类对计算机网络的分类可以从不同的角度进行，如按网络拓扑结构、数据交换方式、网络控制方式、网络传输技术、网络环境、网络所有权等进行分类。

按计算机网络覆盖范围与规模可分为：局域网、城域网和广域网。

由于网络覆盖的地理范围不同，它们所采用的传输技术也不同，因而形成了不同的网络技术特点与网络服务功能。

(1)局域网LAN(Local Area Network)局域网用于将有限范围内(如一个实验室、一幢大楼、一座工厂、一所学校等)的各种计算机、终端与外部设备互连成网，通常是由一个部门或公司组建的，地理范围在10公里以内，具有较高的数据传输率和较低的误码率，仅供单位内部使用的网络。

局域网的特点是结构灵活、组建方便、发展迅速，是计算机网络中最活跃的领域之一。

(2)城域网MAN(Metropolitan Area Network)城域网是城市地区网络的简称，它在较大的范围内将多个局域网互连起来，可视为能覆盖一座城市的局域网，方圆几十到一百公里，满足一座城市范围内的企业、机关、公司的多个局域网互连的需求。

MAN一般采用光纤作为传输介质，提供固定带宽的服务。

为保证数据传输的安全，城域网一般都有自恢复机制，因而使网络有更高的可用性和可靠性。

(3)广域网WAN(Wide Area Network)广域网也称远程网，一般指连接一个国家的各个地区的网络，分布距离通常在100公里以上，网内用于通信的传输装置和介质是由电信部门提供的，其通信子网主要使用分组交换技术，可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，将分布在不同地区或国家的计算机系统互连，达到资源共享的目的。

此外，还有网际网(例如Internet)，它们是通过将分布在世界范围的多个国家的计算机网络互连起来形成的，是一种更大规模的计算机网络。

4.1.2 传输介质及主要特性传输介质是计算机网络中连接收发双方的物理链路，是组成计算机网络必不可少的部件之一，其特性对网络数据通信质量影响很大。

通常传输介质可以分为有线和无线两大类，其中双绞线、同轴电缆、光纤电缆是三种常用的有线传输介质，卫星通信、无线通信、红外通信、激光通信、微波通信等则属无线传输介质。

传输介质的特性主要有物理特性、传输特性、连通性、地理范围、抗干扰性和价格等。

其中，物理特性是对传输介质物理结构的描述；传输特性是指传输介质允许的信号类型，调制技术、传输容量、传输的频率范围等；连通特性指传输介质允许点到点连接或多点连接；地理范围指传输介质的最大传输距离；抗干扰性指传输介质防止噪声、电磁干扰等对传输数据影响的能力；价格指器件、安装与维护的费用等。

下面分别介绍几种常用的传输介质。

1.双绞线电缆双绞线电缆(简称双绞线)是综合布线系统中最常用的一种的传输介质，尤其在星型网络拓扑中，双绞线是必不可少的布线材料。

双绞线电缆中封装着一对或一对以上的双绞线，为了降低信号的干扰程度，每一对双绞线一般由两根绝缘导线相互缠绕而成。

双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted-Pair)和屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted-Pair)两大类，其中STP又分为3类和5类两种，UTP又分为3类、4类、5类、超5类四种，同时，6类和7类双绞线也会在不远的将来运用于计算机网络的布线系统。

双绞线既适用点-点连接，又可用于多点连接，一般用于星型网络布线。

2.同轴电缆同轴电缆由一根空心的圆柱网状导体和一根位于中心轴线的铜导线组成，铜导线、圆柱网状导体和外界之间用绝缘材料隔开。

与双绞线相比，同轴电缆的抗干扰能力强、屏蔽性能好，所以常用于设备与设备之间的连接，或用于总线型网络拓扑中。

3.光纤电缆光纤电缆即光导纤维电缆，简称光缆，是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，由多条光纤组成。

与铜缆(双绞线和同轴电缆)相比，光缆适应了目前网络对长距离传输、大容量信息的要求，在计算机网络中发挥着十分重要的作用，成为传输介质中的佼佼者。

与铜质电缆相比，光纤的优点是：①传输信号的频带宽，通信容量大；②信号衰减小，传输距离长；③抗干扰能力强，应用范围广。

因为光纤是非金属材料，所以不受电磁波的干扰和噪声的影响，所以在长距离内能保持较高的数据传输速率，且安全可靠；④抗化学腐蚀能力强，适用于一些特殊环境的布线；⑤原材料资源丰富。

光纤的缺点是：质地脆、机械强度低；切断和连接中技术要求高；分路、耦合较困难，限制了光纤的普及应用。

光纤的数据传输率可达几千Mbps，无中继传输距离可达几十甚至几百公里，主要用于集线器到服务器的连接以及集线器到集线器的连接。

4.无线传输介质在计算机局域网络中，无线接入技术是继光纤后迅速崛起的一项新技术。

传统的网络连接是有线介质将分布在不同地理位置的计算机互连，但随着便携式计算机等可移动通信工具的发展，有线介质在一定程度上限制了它们的使用，而无线接入技术克服了传统网络存在的不足，拓宽了网络的应用范围，是继光纤后另一类优秀的传输介质。

存在的问题是传输速率慢，连接设备昂贵等。

目前无线局域网中使用的传输介质主要有无线电波和红外线两种。

红外线使用小于1微米的波长，基本速率一般在1Mbps左右，仅适用于近距离的数据传输，而且具有很强的方向性；相比之下，无线电波的覆盖范围要广，可实现数据远距离、高带宽(一般在10MHz以下)的传输。

4.1.3 网络协议与网络体系结构1.网络协议计算机网络功能的核心是信息交换。

为了保证在网络中各种计算机和各类终端之间信息交换的正确进行，必须对信息交换的方法、格式及过程事先做出某种约定，然后共同遵守，共同执行。

例如，网络中两个运行不同操作系统的主机由于文件格式不同，相互传送文件就必须事先约定对文件格式转换的方法，才能使通信双方能够识别和认可；又如，通信双方为了进行通信，常常需要约定如何开始通信、如何识别通信内容、如何结束通信等。