電腦網路 -連線分散電腦設備以實現信息傳遞的系統

電腦網路

電腦網路,是指將地理位置不同的具有獨立功能的多台電腦及其外部設備,通過通信線路連線起來,在網路作業系統,網路管理軟體及網路通信協定的管理和協調下,實現資源共享和信息傳遞的電腦系統。

  • 中文名稱
    電腦網路
  • 外文名稱
    computer network
  • 作用
    實現資源共享和信息傳遞的電腦系統

發展

中國電腦網路設備製造行業是改革開放後成長起來的,早期與世界先進水準存在巨大差距;但受益于電腦網路設備行業生產技術不斷提高以及下遊需求市場不斷擴大,我國電腦網路設備製造行業發展十分迅速。近兩年,隨著我國國民經濟的快速發展以及國際金融危機的逐漸消退,電腦網路設備製造行業獲得良好發展機遇,中國已成為全球電腦網路設備製造行業重點發展市場。

電腦網路電腦網路

根據《2013-2017年中國電腦網路設備製造行業產銷需求與投資預測分析報告》資料統計,2010年我國電腦網路設備製造行業規模以上企業有171家,全年實現銷售收入385.70億元,同比成長15.64%;實現利潤總額39.83億元,同比成長24.93%;產品銷售利潤為72.18億元,同比成長44.34%。2011年,在國內巨觀經濟向好的環境及電信產業投資高速成長產生的需求帶動下,電腦網路設備製造行業將繼續保持較好發展。2011年1-5月,電腦網路設備製造行業銷售收入較上年同期成長19.78%;利潤總額較上年同期成長48.61%;產品銷售利潤則較上年同期成長42.36%。

我國電腦網路設備製造企業主要分布在華東和華南地區,其中又以廣東、江蘇、浙江三地企業分布最為集中,且是全國電腦網路設備製造行業發展領先的地區,2010年行業銷售收入均在84億元以上。與此同時,四川、湖北及上海地區的電腦網路設備製造行業也得到了快速發展,2010年銷售收入成長率均在30%以上。

經濟和電信業的快速發展使得我國電腦網路設備市場極為活躍,思科、Juniper、阿爾卡特朗訊、3COM等國際知名品牌早已為國人所熟知,華為、中興等國產品牌也進入高端市場,並在國際市場上取得重大發展。國內外廠商對中國電腦網路設備製造行業的一致看好,一方面促進了國區域網路絡設備及電信行業的快速發展,另一方面也使得市場競爭日趨激烈,中國已經成為全球電腦網路設備製造行業競爭最為激烈的國家之一。但近年來中國電信投資持續快速成長,電腦網路設備市場規模持續擴大,電腦網路設備製造企業在激烈的競爭中獲得了共同的發展。

定義分類

按廣義定義

關于電腦網路的最簡單定義是:一些相互連線的、以共享資源為目的的、自治的電腦的集合。

另外,從邏輯功能上看,電腦網路是以傳輸信息為基礎目的,用通信線路將多個電腦連線起來的電腦系統的集合,一個電腦網路組成包括傳輸介質和通信設備

從使用者角度看,電腦網路它是這樣定義的:存在著一個能為使用者自動管理的網路作業系統。有它調用完成使用者所調用的資源,而整個網路像一個大的電腦系統一樣,對使用者是透明的。

一個比較通用的定義是:利用通信線路將地理上分散的、具有獨立功能的電腦系統和通信設備按不同的形式連線起來,以功能完善的網路軟體及協定實現資源共享和信息傳遞的系統。

從整體上來說電腦網路就是把分布在不同地理區域的電腦與專門的外部設備用通信線路互聯成一個規模大、功能強的系統,從而使眾多的電腦可以方便地互相傳遞信息,共享硬體、軟體、資料信息等資源。簡單來說,電腦網路就是由通信線路互相連線的許多自主工作的電腦構成的集合體。

按連線定義

電腦網路就是通過線路互連起來的、資質的電腦集合,確切的說就是將分布在不同地理位置上的具有獨立工作能力的電腦、終端及其附屬設備用通信設備和通信線路連線起來,並配置網路軟體,以實現電腦資源共享的系統。

按需求定義

電腦網路就是由大量獨立的、但相互連線起來的電腦來共同完成電腦任務。這些系統稱為電腦網路(computer networks)

發展過程

第一代電腦網路---遠程終端在線上階段;

第二代電腦---電腦網路階段;

第三代電腦網路---電腦網路互聯階段;

第四代電腦網路---國際網際網路與信息高速公路階段;

早期年代

過去人們開始將彼此獨立發展的電腦技術與通信技術結合起來,完成了資料通信與電腦通信網路的研究,為電腦網路的出現做好了技術準備,奠定了理論基礎。

分組交換

網路符號20世紀60年代,美蘇冷戰期間,美國國防部領導的遠景研究規劃局ARPA提出要研製一種嶄新的網路對付來自前蘇聯的核攻擊威脅。因為當時,傳統的電路交換的電信網雖已經四通八達,但戰爭期間,一旦正在通信的電路有一個交換機或鏈路被炸,則整個通信電路就要中斷,如要立即改用其他迂回電路,還必須重新撥號建立連線,這將要延誤一些時間。這個新型網路必須滿足一些基本要求:

1:不是為了打電話,而是用于電腦之間的資料傳送。

2:能連線不同類型的電腦。

3:所有的網路節點都同等重要,這就大大提高了網路的生存性。

4:電腦在通信時,必須有迂回路由。當鏈路或結點被破壞時,迂回路由能使正在進行的通信自動地找到合適的路由。

5:網路結構要盡可能地簡單,但要非常可靠地傳送資料。

根據這些要求,一批專家設計出了使用分組交換的新型電腦網路。而且,用電路交換來傳送電腦資料,其線路的傳輸速率往往很低。因為電腦資料是突發式地出現在傳輸線路上的,比如,當使用者閱讀終端螢幕上的信息或用鍵盤輸入和編輯一份檔案時或電腦正在進行處理而結果尚未返回時,寶貴的通信線路資源就被浪費了。

分組交換是採用存儲轉發技術。把欲傳送的報文分成一個個的“分組”,在網路中傳送。分組的首部是重要的控製信息,因此分組交換的特征是基于標記的。分組交換網由若幹個結點交換機和連線這些交換機的鏈路組成。從概念上講,一個結點交換機就是一個小型的電腦,但主機是為使用者進行信息處理的,結點交換機是進行分組交換的。每個結點交換機都有兩組連線埠,一組是與電腦相連,鏈路的速率較低。一組是與高速鏈路和網路中的其他結點交換機相連。註意,既然結點交換機是電腦,那輸入和輸出連線埠之間是沒有直接連線的,它的處理過程是:將收到的分組先放入快取,結點交換機暫存的是短分組,而不是整個長報文,短分組暫存在交換機的存儲器(即記憶體)中而不是存儲在磁碟中,這就保證了較高的交換速率。再查找轉發表,找出到某個目的地址應從那個連線埠轉發,然後由交換機構將該分組遞給適當的連線埠轉發出去。各結點交換機之間也要經常交換路由信息,但這是為了進行路由選擇,當某段鏈路的通信量太大或中斷時,結點交換機中運行的路由選擇協定能自動找到其他路徑轉發分組。通訊線路資源利用率提高:當分組在某鏈路時,其他段的通信鏈路並不被通信的雙方所佔用,即使是這段鏈路,隻有當分組在此鏈路傳送時才被佔用,在各分組傳送之間的空閒時間,該鏈路仍可為其他主機傳送分組。可見採用存儲轉發的分組交換的實質上是採用了在資料通信的過程中動態分配傳輸頻寬的策略。

因特網時代

Internet的基礎結構大體經歷了三個階段的演進,這三個階段在時間上有部分重疊。

因特網1:從單個網路ARPAnet向網際網路發展:1969年美國國防部建立了第一個分組交換網ARPAnet隻是一個單個的分組交換網,所有想連線在它上的主機都直接與就近的結點交換機相連,它規模成長很快,到70年代中期,人們認識到僅使用一個單獨的網路無法滿足所有的通信問題。于是ARPA開始研究很多網路互聯的技術,這就導致後來的網際網路的出現。1983年TCP/IP協定稱為ARPAnet的標準協定。同年,ARPAnet分解成兩個網路,一個進行試驗研究用的科研網ARPAnet,另一個是軍用的電腦網路MILnet。1990,ARPAnet因試驗任務完成正式宣布關閉。

2:建立三級結構的因特網:1985年起,美國國家科學基金會NSF就認識到電腦網路對科學研究的重要性,1986年,NSF圍繞六個大型電腦中心建設電腦網路NSFnet,它是個三級網路,分主幹網、地區網、校園網。它代替ARPAnet成為internet的主要部分。1991年,NSF和美國政府認識到因特網不會限于大學和研究機構,于是支持地方網路接入,許多公司的紛紛加入,使網路的信息量急劇增加,美國政府就決定將因特網的主幹網轉交給私人公司經營,並開始對接入因特網的單位收費。

3:多級結構因特網的形成:1993年開始,美國政府資助的NSFnet就逐漸被若幹個商用的因特網主幹網替代,這種主幹網也叫因特網輔助提供者ISP,考慮到因特網商用化後可能出現很多的ISP,為了使不同ISP經營的網路能夠互通,在1994建立了4個網路接入點NAP分別由4個電信公司經營,本世紀初,美國的NAP達到了十幾個。NAP是最高級的接入點,它主要是向不同的ISP提供交換設備,使它們相互通信。因特網已經很難對其網路結構給出很精細的描述,但大致可分為五個接入級:網路接入點NAP,多個公司經營的國家主幹網,地區ISP,在地ISP,校園網、企業或家庭PC機上網使用者。

相關套用

為什麽會建立這麽多的電腦網路,主要還是因為電腦網路的運用受到個人和公司的青睞。

一、商業運用。

1、主要是實現資源共享(resource sharing)最終打破地理位置束縛(tyranny of geography),主要運用客戶-伺服器模型(client-server model)。

2、提供強大的通信媒介(communication medium)。如:電子郵件(E-mail)、影片會議

3、電子商務活動。如:各種不同供應商購買子系統,然後在將這些部件組裝起來。

4、通過Internet與客戶做各種交易。如:書店、音像在家裏購買商品或者服務。

二、家庭運用

1、訪問遠程信息。如:流覽Web頁面獲得藝術、商務、烹飪、政府、健康、歷史、愛好、娛樂、科學、運動、旅遊等等信息。

2、個人之間的通信。如:即時訊息(instant messaging)運用<QQ、MSN、YY>、聊天室、對等通信(peer-to-communication)<通過中心資料庫共享,各大網盤,但是容易造成侵犯著作權>。

3、互動式娛樂。如:影片點播、即時評論及參加活動<電視直播網路互動>、網路遊戲

4、廣義的電子商務。如:電子方式支付賬單、管理銀行賬戶、處理投資。

三、移動使用者

無線網路為基礎。

1、可移動的電腦:筆記本電腦、PDA、3G手機。

2、軍事:一場戰爭不可能靠區域網路設備通信。

3、運貨車隊、計程車、快遞專車等套用。

四、社會問題

網路的廣泛運用已經導致了新的社會、倫理和政治問題。

組成分類

電腦網路的分類與的一般的事物分類方法一樣,可以按事物的所具有的不同性質特點即事物的屬性分類。電腦網路通俗地講就是由多台電腦(或其它電腦網路設備)通過傳輸介質和軟體物理(或邏輯)連線在一起組成的。總的來說電腦網路的組成基本上包括:電腦、網路作業系統、傳輸介質(可以是有形的,也可以是無形的,如無線網路的傳輸介質就是空氣)以及相應的套用軟體四部分。

要學習網路,首先就要了解主要網路類型,厘清哪些是我們初級學者必須掌握的,哪些是的主流網路類型。

主要網路

雖然網路類型的劃分標準各種各樣,但是從地理範圍劃分是一種大家都認可的通用網路劃分標準。按這種標準可以把各種網路類型劃分為區域網路、城域網、廣域網和網際網路四種。區域網路一般來說隻能是一個較小區域內,城域網是不同地區的網路互聯,不過在此要說明的一點就是這裏的網路劃分並沒有嚴格意義上地理範圍的區分,隻能是一個定性的概念。下面簡要介紹這幾種電腦網路。

區域網路

區域網路(Local Area Network;LAN) 通常我們常見的“LAN”就是指區域網路,這是我們最常見、套用最廣的一種網路。區域網路隨著整個電腦網路技術的發展和提高得到充分的套用和普及,幾乎每個單位都有自己的區域網路,有的甚至家庭中都有自己的小型區域網路。很明顯,所謂區域網路,那就是在局部地區範圍內的網路,它所覆蓋的地區範圍較小。區域網路在電腦數量配置上沒有太多的限製,少的可以隻有兩台,多的可達幾百台。一般來說在企業區域網路中,工作站的數量在幾十到兩百台次左右。在網路所涉及的地理距離上一般來說可以是幾米至10公裏以內。區域網路一般位于一個建築物或一個單位內,不存在尋徑問題,不包括網路層的套用。

這種網路的特點就是:連線範圍窄、使用者數少、配置容易、連線速率高。目前區域網路最快的速率要算現今的10G乙太網了。IEEE的802標準委員會定義了多種主要的LAN網:乙太網(Ethernet)、令牌環網(Token Ring)、光纖分散式接口網路(FDDI)、非同步傳輸模式網(ATM)以及最新的無線區域網路(WLAN)。這些都將在後面詳細介紹。

城域網

城域網示意圖(Metropolitan Area Network;MAN) 這種網路一般來說是在一個城市,但不在同一地理小區範圍內的電腦互聯。這種網路的連線距離可以在10 ̄100公裏,它採用的是IEEE802.6標準。MAN與LAN相比擴展的距離更長,連線的電腦數量更多,在地理範圍上可以說是LAN網路的延伸。在一個大型城市或都市地區,一個MAN網路通常連線著多個LAN網。如連線政府機構的LAN、醫院的LAN、電信的LAN、公司企業的LAN等等。由于光纖連線的引入,使MAN中高速的LAN互連成為可能。

城域網多採用ATM技術做骨幹網。ATM是一個用于資料、語音、影片以及多媒體應用程式的高速網路傳輸方法。ATM包括一個接口和一個協定,該協定能夠在一個常規的傳輸信道上,在比特率不變及變化的通信量之間進行切換。ATM也包括硬體、軟體以及與ATM協定標準一致的介質。ATM提供一個可伸縮的主幹基礎設施,以便能夠適應不同規模、速度以及定址技術的網路。ATM的最大缺點就是成本太高,所以一般在政府城域網中套用,如郵政、銀行、醫院等。

廣域網

廣域示意圖(Wide Area Network;WAN) 這種網路也稱為遠程網,所覆蓋的範圍比城域網(MAN)更廣,它一般是在不同城市之間的LAN或者MAN網路互聯,地理範圍可從幾百公裏到幾千公裏。因為距離較遠,信息衰減比較嚴重,所以這種網路一般是要租用專線,通過IMP(接口信息處理)協定和線路連線起來,構成網狀結構,解決循徑問題。這種城域網因為所連線的使用者多,總出口頻寬有限,所以使用者的終端連線速率一般較低,通常為9.6Kbps ̄45Mbps 如:郵電部的CHINANET,CHINAPAC,和CHINADDN網。

上面講了網路的幾種分類,其實在現實生活中我們真正遇得最多的還要算是區域網路,因為它可大可小,無論在單位還是在家庭實現起來都比較容易,套用也是最廣泛的一種網路,所以在下面我們有必要對區域網路及區域網路中的接入設備作一個進一步的認識。

無線網

隨著筆電(notebook computer)和個人數位助理無線網( Personal Digital Assistant,PDA)等攜帶型電腦的日益普及和發展,人們經常要在路途中接聽電話、傳送傳真和電子郵件閱讀網上信息以及登錄到遠程機器等。然而在汽車或飛機上是不可能通過有線介質與單位的網路相連線的,這時候可能會對無線網感興趣了。雖然無線網與移動通信經常是聯系在一起的,但這兩個概念並不完全相同。表1 - 2給出了它們之間的對比。例如當攜帶型電腦通過P C M C I A卡接入電話插口,它就變成有線網的一部分。另一方面,有些通過無線網連線起來的電腦的位置可能又是固定不變的,如在不便于通過有線電纜連線的大樓之間就可以通過無線網將兩棟大樓內的電腦連線在一起。

無線網特別是無線區域網路有很多優點,如易于安裝和使用。但無線區域網路也有許多不足之處:如它的資料傳輸率一般比較低,遠低于有線區域網路;另外無線區域網路的誤碼率也比較高,而且站點之間相互幹擾比較厲害。使用者無線網的實現有不同的方法。國外的某些大學在它們的校園內安裝許多天線,允許學生們坐在樹底下查看圖書館的資料。這種情況是通過兩個電腦之間直接通過無線區域網路以數位方式進行通信實現的。另一種可能的方式是利用傳統的模擬數據機通過蜂窩電話系統進行通信。在國外的許多城市已能提供蜂窩式數位信息分組資料( Cellular Digital Packet Data,C D P D)的業務,因而可以通過C D P D系統直接建立無線區域網路。無線網路是當前國內外的研究熱點,無線網路的研究是由巨大的市場需求驅動的。無線網的特點是使使用者可以在任何時間、任何地點接入電腦網路,而這一特徵使其具有強大的套用前景。當前已經出現了許多基于無線網路的產品,如個人通信系統( Personal CommunicationS y s t e m,P C S)電話、無線資料終端、攜帶型可視電話、個人數位助理( P D A)等。無線網路的發展依賴于無線通信技術的支持。無線通信系統主要有:低功率的無繩電話系統、模擬蜂窩系統、數位蜂窩系統、移動衛星系統、無線L A N和無線WA N等。

體系結構

要想讓兩台電腦進行通信,必須使它們採用相同的信息交換規則。我們把在電腦網路中用于規定信息的格式以及如何傳送和接收信息的一套規則稱為網路協定(network protocol)或通信協定(communication protocol)。

為了減少網路協定設計的復雜性,網路設計者並不是設計一個單一、巨大的協定來為所有形式的通信規定完整的細節,而是採用把通信問題劃分為許多個小問題,然後為每個小問題設計一個單獨的協定的方法。這樣做使得每個協定的設計、分析、編碼和測試都比較容易。分層模型(layering model)是一種用于開發網路協定的設計方法。本質上,分層模型描述了把通信問題分為幾個小問題(稱為層次)的方法,每個小問題對應于一層。

未來就業前景

本專業面向各企事業單位電腦網路套用技術崗位群,能進行電腦操作維護,[1]電腦區域網路的設計、安裝、調試;電腦網路通信產品的系統集成;廣域網的管理、維護;網路管理信息系統的設計、開發及套用、網站設計與開發等工作。可在軟體園、高新技術園區、各大電腦公司、網路公司、網站、高新技術企業、公司、企事業單位和信息部門中從事網路管理、網站維護、網頁設計與創意和電子商務等工作。

識別協定

網路身份識別協定VIeID

全稱:(Virtual identity electronic identification) 通用賬戶協定,是俗稱的網路身份證。它是一種網際網路身份識別協定,其具有唯一性和信息不可否認性。其概念與OpenID相似,者具有開放、分散、自由等特徵。

協定分層

網路協定分層示意圖為了減少網路設計的復雜性,絕大多數網路採用分層設計方法。所謂分層設計方法,就是按照信息的流動過程將網路的整體功能分解為一個個的功能層,不同機器上的同等功能層之間採用相同的協定,同一機器上的相鄰功能層之間通過接口進行信息傳遞。為了便于理解接口和協定的概念,我們首先以郵政通信系統為例進行說明。人們平常寫信時,都有個約定,這就是信件的格式和內容。首先,我們寫信時必須採用雙方都懂的語言文字和文體,開頭是對方稱謂,最後是落款等。這樣,對方收到信後,才可以看懂信中的內容,知道是誰寫的,什麽時候寫的等。當然還可以有其他的一些特殊約定,如書信的編號、間諜的密寫等。信寫好之後,必須將信封裝並交由郵局寄發,這樣寄信人和郵局之間也要有約定,這就是規定信封寫法並貼郵票。在中國寄信必須先寫收信人地址、姓名,然後才寫寄信人的地址和姓名。郵局收到信後,首先進行信件的分揀和分類,然後交付有關運輸部門進行運輸,如航空信交民航,平信交鐵路或公路運輸部門等。這時,郵局和運輸部門也有約定,如到站地點、時間、包裹形式等等。信件運送到目的地後進行相反的過程,最終將信件送到收信人手中,收信人依照約定的格式才能讀懂信件。如圖所示,在整個過程中,主要涉及到了三個子系統、即使用者子系統,郵政子系統和運輸子系統。各種約定都是為了達到將信件從一個源點送到某一個目的點這個目標而設計的,這就是說,它們是因信息的流動而產生的。可以將這些約定分為同等機構間的約定,如使用者之間的約定、郵政局之間的約定和運輸部門之間的約定,以及不同機構間的約定,如使用者與郵政局之間的約定、郵政局與運輸部門之間的約定。雖然兩個使用者、兩個郵政局、兩個運輸部門分處甲、乙兩地,但它們都分別對應同等機構,同屬一個子系統;而同處一地的不同機構則不在一個子系統內,而且它們之間的關系是服務與被服務的關系。很顯然,這兩種約定是不同的,前者為部門內部的約定,而後者是不同部門之間的約定。

在電腦網路環境中,兩台電腦中兩個進程之間進行通信的過程與郵政通信的過程十分相似。使用者進程對應于使用者,電腦中進行通信的進程(也可以是專門的通信處理機〕對應于郵局,通信設施對應于運輸部門。為了減少電腦網路設計的復雜性,人們往往按功能將電腦網路劃分為多個不同的功能層。網路中同等層之間的通信規則就是該層使用的協定,如有關第N層的通信規則的集合,就是第N層的協定。而同一電腦的不同功能層之間的通信規則稱為接口( i n t e r f a c e),在第N層和第(N+ 1)層之間的接口稱為N /(N+ 1)層接口。總的來說,協定是不同機器同等層之間的通信約定,而接口是同一機器相鄰層之間的通信約定。不同的網路,分層數量、各層的名稱和功能以及協定都各不相同。然而,在所有的網路中,每一層的目的都是向它的上一層提供一定的服務。協定層次化不同于程式設計中模組化的概念。在程式設計中,各模組可以相互獨立,任意拼裝或者並行,而層次則一定有上下之分,它是依資料流的流動而產生的。組成不同電腦同等層的實體稱為對等進程( peer process)。對等進程不一定非是相同的程式,但其功能必須完全一致,且採用相同的協定。分層設計方法將整個網路通信功能劃分為垂直的層次集合後,在通信過程中下層將向上層隱蔽下層的實現細節。但層次的劃分應首先確定層次的集合及每層應完成的任務。劃分時應按邏輯組合功能,並具有足夠的層次,以使每層小到易于處理。同時層次也不能太多,以免產生難以負擔的處理開銷。電腦網路體系結構是網路中分層模型以及各層功能的精確定義。對網路體系結構的描述必須包括足夠的信息,使實現者可以為每一功能層進行硬體設計或編寫程式,並使之符合相關協定。但我們要註意的是,網路協定實現的細節不屬于網路體系結構的內容,因為它們隱含在機器內部,對外部說來是不可見的。現在我們來考查一個具體的例子:在圖1 - 11所示的5層網路中如何向其最上層提供通信。在第5層運行的某套用進程產生了訊息M,並把它交給第4層進行傳送。第4層在訊息M前加上一個信息頭(h e a d e r),信息頭主要包括控製信息(如序號)以便目標機器上的第4層在低層不能保持訊息順序時,把亂序的訊息按原序裝配好。在有些層中,信息頭還包括長度、時間和其他控製欄位。在很多網路中,第4層對接收的訊息長度沒有限製,但在第3層通常存在一個限度。因此,第3層必須將接收的入境訊息分成較小的單元如報文分組( p a c k e t),並在每個報文分組前加上一個報頭。在本實例中,訊息M被分成兩部分:M 1和M 2。第3層確定使用哪一條輸出線路,並將報文傳給第2層。第2層不僅給每段訊息加上頭部信息,而且還要加上尾部信息,構成新的資料單元,通常稱為幀( f r a m e),然後將其傳給第1層進行物理傳輸。在接收方,報文每向上遞交一層,該層的報頭就被剝掉,決不可能出現帶有N層以下報頭的報文交給接收方第N層實體的情況。要理解圖1 - 11示意圖,關鍵要理解虛擬通信與物理通信之間的關系,以及協定與接口之間的區別。比如,第4層的對等進程,在概念上認為它們的通信是水準方向地套用第四層協定。每一方都好像有一個叫做“傳送到另一方去”的過程和一個叫做“從另一方接收”的過程,盡管實際上這些過程是跨過3 / 4層接口與下層通信而不是直接同另一方通信。抽象出對等進程這一概念,對網路設計是至關重要的。有了這種抽象技術,網路設計者就可以把設計完整的網路這種難以處理的大問題,劃分成設計幾個較小的且易于處理的問題,即分別設計各層。

服務類型

服務(s e r v i c e)這個極普通的術語在電腦網路中無疑是一個極重要的概念。在網路體系結構中,服務就是網路中各層向其相鄰上層提供的一組操作,是相鄰兩層之間的介面。由于網路分層結構中的單向依賴關系,使得網路中相鄰層之間的介面也是單向性的:下層是服務提供者,上層是服務使用者。而服務的表現形式是原語( p r i m i t i v e),比如庫函式或系統調用。為了更好地討論網路服務,我們先解釋幾個術語。在網路中,每一層中至少有一個實體( e n t i t y)。實體既可是軟體實體(比如一個進程),也可以是硬體實體(比如一塊網卡)。在不同機器上同一層內的實體叫做對等實體(peerentity)。N層實體實現的服務為N+ 1層所利用,而N層則要利用N-1層所提供的服務。N層實體可能向N+1層提供幾類服務,如快速而昂貴的通信或慢速而便宜的通信。N+1層實體是通過N層的服務訪問點(Service Access Point,SAP)來使用N層所提供的服務。N層SAP就是N+ 1層可以訪問N層服務的地方。每一個SAP都有一個唯一地址。為了使讀者更清楚,我們可以把電話系統中的SAP看成標準電話插孔,而SAP地址是這些插孔的電話號碼。要想和他人通話,必須知道他的SAP地址(電話號碼)。在伯克利版本的U n i x系統中,SAP是“S o c k e t”,SAP地址是S o c k e t號。鄰層間通過接口要交換信息。N+1層實體通過S A P把一個接口資料單元(Interface Data Unit,IDU)傳遞給N層實體,如圖1 - 1 2所示。I D U由服務資料單元(Service Data Unit,SDU)和一些控製信息組成。為了傳送S D U,N層實體可以將S D U分成幾段,每一段加上一個報頭後作為獨立的協定資料單元(Protocol Data Unit,PDU)送出,如“分組”就是P D U。P D U報頭被同層實體用來執行它們的同層協定,用于辨別哪些P D U包含資料,哪些包含控製信息,並提供序號和計數值等。在網路中,下層向上層提供的服務分為兩大類:面向連線服務( connection-oriented service)和無連線服務(connectionless service)。面向連線服務是電話系統服務模式的抽象。每一次完整的資料傳輸都必須經過建立連線、資料傳輸和終止連線三個過程。在資料傳輸過程中,各封包地址不需要攜帶目的地址,而是使用連線號。連線本質上類似于一個通路,傳送者在通路的一端放入資料,接收者在另一端取出資料。其特點是接收到的資料與傳送方發出的資料在內容和順序上是一致的。無連線服務是郵政系統服務模式的抽象。其中每個報文帶有完整的目的地址,每個報文在系統中獨立傳送。無連線服務不能保證報文到達的先後順序,原因是不同的報文可能經不同的路徑去往目的地,所以先傳送的報文不一定先到。無連線服務一般也不對出錯報文進行恢復和重傳。換句話說,無連線服務不保證報文傳輸的可靠性。在電腦網路中,可靠性一般通過確認和重傳(acknowledgement and retransmission)機製實現。大多數面向連線服務都支持確認重傳機製,但確認和重傳將帶來額外的延遲。有些對可靠性要求不高的面向連線服務(如數位電話網)不支持重傳;因為電話使用者寧可聽到帶有雜音的通話,也不喜歡等待確認所造成的延遲。大多數無連線服務不支持確認重傳機製,所以無連線傳輸服務往往可靠性不高。

常用網路

區域網路示意圖雖然我們所能看到的區域網路主要是以雙絞線為代表傳輸介質的乙太網,那隻不過是我們所看到都基本上是企、事業單位的區域網路,在網路發展的早期或在其它各行各業中,因其行業特點所採用的區域網路也不一定都是乙太網,在區域網路中常見的有:乙太網(Ethernet)、令牌網(Token Ring)、FDDI網、非同步傳輸模式網(ATM)等幾類,下面分別作一些簡要介紹。

乙太網

(EtherNet)

乙太網最早是由Xerox(施樂)公司建立的,在1980年由DEC、Intel和Xerox三家公司聯合開發為一個標準。乙太網是套用最為廣泛的區域網路,包括標準乙太網(10Mbps)、快速乙太網(100Mbps)、千兆乙太網(1000 Mbps)和10G乙太網,它們都符合IEEE802.3系列標準規範。

(1)標準乙太網

最開始乙太網隻有10Mbps的吞吐量,它所使用的是CSMA/CD(帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問)的訪問控製方法,通常把這種最早期的10Mbps乙太網稱之為標準乙太網。乙太網主要有兩種傳輸介質,那就是雙絞線和同軸電纜。所有的乙太網都遵循IEEE 802.3標準,下面列出是IEEE 802.3的一些乙太網絡標準,在這些標準中前面的數位表示傳輸速度,單位是“Mbps”,最後的一個數位表示單段網線長度(基準單位是100m),Base表示“基帶”的意思,Broad代表“寬頻”。

·10Base-5 使用粗同軸電纜,最大網段長度為500m,基帶傳輸方法;

·10Base-2 使用細同軸電纜,最大網段長度為185m,基帶傳輸方法;

·10Base-T 使用雙絞線電纜,最大網段長度為100m;

·1Base-5 使用雙絞線電纜,最大網段長度為500m,傳輸速度為1Mbps;

·10Broad-36 使用同軸電纜(RG-59/U CATV),最大網段長度為3600m,是一種寬頻傳輸方式;

·10Base-F 使用光纖傳輸介質,傳輸速率為10Mbps;

(2)快速乙太網

(Fast Ethernet)

隨著網路的發展,傳統標準的乙太網技術已難以滿足日益成長的網路資料流量速度需求。在1993年10月以前,對于要求10Mbps以上資料流量的LAN套用,隻有光纖分散式資料接口(FDDI)可供選擇,但它是一種價格非常昂貴的、基于100Mpbs光纜的LAN。1993年10月,Grand Junction公司推出了世界上第一台快速乙太網集線器FastSwitch10/100和網路接口卡FastNIC100,快速乙太網技術正式得以套用。隨後Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相繼推出自己的快速乙太網裝置。與此同時,IEEE802工程組亦對100Mbps乙太網的各種標準,如100BASE-TX、100BASE-T4、MII、中繼器、全雙工等標準進行了研究。1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE-T快速乙太網標準(Fast Ethernet),就這樣開始了快速乙太網的時代。

快速乙太網與原來在100Mbps頻寬下工作的FDDI相比它具有許多的優點,最主要體現在快速乙太網技術可以有效的保障使用者在布線基礎實施上的投資,它支持3、4、5類雙絞線以及光纖的連線,能有效的利用現有的設施。

快速乙太網的不足其實也是乙太網技術的不足,那就是快速乙太網仍是基于載波偵聽多路訪問和沖突檢測(CSMA/CD)技術,當網路負載較重時,會造成效率的降低,當然這可以使用交換技術來彌補。

100Mbps快速乙太網標準又分為:100BASE-TX 、100BASE-FX、100BASE-T4三個子類。

·100BASE-TX:是一種使用5類資料級無禁止雙絞線或禁止雙絞線的快速乙太網技術。它使用兩對雙絞線,一對用于傳送,一對用于接收資料。在傳輸中使用4B/5B編碼方式,信號頻率為125MHz。符合EIA586的5類布線標準和IBM的SPT 1類布線標準。使用同10BASE-T相同的RJ-45連線器。它的最大網段長度為100米。它支持全雙工的資料傳輸。

·100BASE-FX:是一種使用光纜的快速乙太網技術,可使用單模和多模光纖(62.5和125um) 多模光纖連線的最大距離為550米。單模光纖連線的最大距離為3000米。在傳輸中使用4B/5B編碼方式,信號頻率為125MHz。它使用MIC/FDDI連線器、ST連線器或SC連線器。它的最大網段長度為150m、412m、2000m或更長至10公裏,這與所使用的光纖類型和工作模式有關,它支持全雙工的資料傳輸。100BASE-FX特別適合于有電氣幹擾的環境、較大距離連線、或高保密環境等情況下的適用。

·100BASE-T4:是一種可使用3、4、5類無禁止雙絞線或禁止雙絞線的快速乙太網技術。它使用4對雙絞線,3對用于傳送資料,1對用于檢測沖突信號。在傳輸中使用8B/6T編碼方式,信號頻率為25MHz,符合EIA586結構化布線標準。它使用與10BASE-T相同的RJ-45連線器,最大網段長度為100米。

(3)千兆乙太網

(GB Ethernet)

隨著乙太網技術的深入套用和發展,企業使用者對網路連線速度的要求越來越高,1995年11月,IEEE802.3工作組委任了一個高速研究組(HigherSpeedStudy Group),研究將快速乙太網速度增至更高。該研究組研究了將快速乙太網速度增至1000Mbps的可行性和方法。1996年6月,IEEE標準委員會批準了千兆位乙太網方案授權申請(Gigabit Ethernet Project Authorization Request)。隨後IEEE802.3工作組成立了802.3z工作委員會。IEEE802.3z委員會的目的是建立千兆位乙太網標準:包括在1000Mbps通信速率的情況下的全雙工和半雙工操作、802.3乙太網幀格式、載波偵聽多路訪問和沖突檢測(CSMA/CD)技術、在一個沖突域中支持一個中繼器(Repeater)、10BASE-T和100BASE-T向下兼容技術千兆位乙太網具有乙太網的易移植、易管理特徵。千兆乙太網在處理新套用和新資料類型方面具有彈性,它是在贏得了巨大成功的10Mbps和100Mbps IEEE802.3乙太網標準的基礎上的延伸,提供了1000Mbps的資料頻寬。這使得千兆位乙太網成為高速、寬頻網路套用的戰略性選擇。

1000Mbps千兆乙太網主要有以下三種技術版本:1000BASE-SX,-LX和-CX版本。1000BASE-SX 系列採用低成本短波的CD(compact disc,光碟雷射器) 或者VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,垂直腔體表面發光雷射器)傳送器;而1000BASE-LX系列則使用相對昂貴的長波雷射器;1000BASE-CX系列則打算在配線間使用短跳線電纜把高性能伺服器和高速外圍設備連線起來。

(4)10G乙太網

10Gbps的乙太網標準已經由IEEE 802.3工作組于2000年正式製定,10G乙太網仍使用與以往10Mbps和100Mbps乙太網相同的形式,它允許直接升級到高速網路。同樣使用IEEE 802.3標準的幀格式、全雙工業務和流量控製方式。在半雙工方式下,10G乙太網使用基本的CSMA/CD訪問方式來解決共享介質的沖突問題。此外,10G乙太網使用由IEEE 802.3小組定義了和乙太網相同的管理對象。總之,10G乙太網仍然是乙太網,隻不過更快。但由于10G乙太網技術的復雜性及原來傳輸介質的兼容性問題(隻能在光纖上載輸,與原來企業常用的雙絞線不兼容了),還有這類設備造價太高(一般為2 ̄9萬美元),所以這類乙太網技術還處于研發的初級階段,還沒有得到實質套用。

令牌環網

令牌環網是IBM公司于20世紀70年代發展的,這種網路比較少見。在老式的令牌環網中,資料傳輸速度為4Mbps或16Mbps,新型的快速令牌環網速度可達100Mbps。令牌環網的傳輸方法在物理上採用了星形拓撲結構,但邏輯上仍是環形拓撲結構。結點間採用多站訪問部件(Multistation Access Unit,MAU)連線在一起。MAU是一種專業化集線器,它是用來圍繞工作站電腦的環路進行傳輸。由于封包看起來像在環中傳輸,所以在工作站和MAU中沒有終結器。

在這種網路中,有一種專門的幀稱為“令牌”,在環路上持續地傳輸來確定一個結點何時可以傳送包。令牌為24位長,有3個8位的域,分別是首定界符(Start Delimiter,SD)、訪問控製(Access Control,AC)和終定界符(End Delimiter,ED)。首定界符是一種與眾不同的信號模式,作為一種非資料信號表現出來,用途是防止它被解釋成其它東西。這種獨特的8位組合隻能被識別為幀首標識符(SOF)。由于乙太網技術發展迅速,令牌網存在固有缺點,令牌在整個電腦區域網路已不多見,原來提供令牌網設備的廠商多數也退出了市場,所以在區域網路市場中令牌網可以說是“昨日黃花”了。

FDDI網

(Fiber Distributed Data Interface)

FDDI的英文全稱為“Fiber Distributed Data Interface”,中文名為“光纖分散式資料接口”,它是于80年代中期發展起來一項區域網路技術,它提供的高速資料通信能力要高于當時的乙太網(10Mbps)和令牌網(4或16Mbps)的能力。FDDI標準由ANSI X3T9.5標準委員會製訂,為繁忙網路上的高容量輸入輸出提供了一種訪問方法。FDDI技術同IBM的Tokenring技術相似,並具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控製和可靠性措施,FDDI支持長達2KM的多模光纖。FDDI網路的主要缺點是價格同前面所介紹的“快速乙太網”相比貴許多,且因為它隻支持光纜和5類電纜,所以使用環境受到限製、從乙太網升級更是面臨大量移植問題。

當資料以100Mbps的速度輸入輸出時,在當時FDDI與10Mbps的乙太網和令牌環網相比性能有相當大的改進。但是隨著快速乙太網和千兆乙太網技術的發展,用FDDI的人就越來越少了。因為FDDI使用的通信介質是光纖,這一點它比快速乙太網及100Mbps令牌網傳輸介質要貴許多,然而FDDI最常見的套用隻是提供對網路伺服器的快速訪問,所以在FDDI技術並沒有得到充分的認可和廣泛的套用。

FDDI的訪問方法與令牌環網的訪問方法類似,在網路通信中均採用“令牌”傳遞。它與標準的令牌環又有所不同,主要在于FDDI使用定時的令牌訪問方法。FDDI令牌沿網路環路從一個結點向另一個結點移動,如果某結點不需要傳輸資料,FDDI將獲取令牌並將其傳送到下一個結點中。如果處理令牌的結點需要傳輸,那麽在指定的稱為“目標令牌迴圈時間”(Target Token Rotation Time,TTRT)的時間內,它可以按照使用者的需求來傳送盡可能多的幀。因為FDDI採用的是定時的令牌方法,所以在給定時間中,來自多個結點的多個幀可能都在網路上,以為使用者提供高容量的通信。

FDDI可以傳送兩種類型的包:同步的和非同步的。同步通額度于要求連續進行且對時間敏感的傳輸(如音頻、影片和多媒體通信);非同步通額度于不要求連續脈沖串的普通的資料傳輸。在給定的網路中,TTRT等于某結點同步傳輸需要的總時間加上最大的幀在網路上沿環路進行傳輸的時間。FDDI使用兩條環路,所以當其中一條出現故障時,資料可以從另一條環路上到達目的地。連線到FDDI的結點主要有兩類,即A類和B類。A類結點與兩個環路都有連線,由網路設備如集線器等組成,並具備重新配置環路結構以在網路崩潰時使用單個環路的能力;B類結點通過A類結點的設備連線在FDDI網路上,B類結點包括伺服器或工作站等。

ATM網

ATM的英文全稱為“asynchronous transfer mode”,中文名為“非同步傳輸模式”,它的開發始于70年代後期。ATM是一種較新型的單元交換技術,同乙太網、令牌環網、FDDI網路等使用可變長度包技術不同,ATM使用53位元組固定長度的單元進行交換。它是一種交換技術,它沒有共享介質或包傳遞帶來的延時,非常適合音頻和影片資料的傳輸。ATM主要具有以下優點:

1.ATM使用相同的資料單元,可實現廣域網和區域網路的無縫連線。

2.ATM支持VLAN(虛擬區域網路)功能,可以對網路進行靈活的管理和配置。

3.ATM具有不同的速率,分別為25、51、155、622Mbps,從而為不同的套用提供不同的速率。

ATM是採用“信元交換”來替代“包交換”進行實驗,發現信元交換的速度是非常快的。信元交換將一個簡短的指示器稱為虛擬通道標識符,並將其放在TDM時間片的開始。這使得設備能夠將它的比特流非同步地放在一個ATM通信通道上,使得通信變得能夠預知且持續的,這樣就為時間敏感的通信提供了一個預QoS,這種方式主要用在影片和音頻上。通信可以預知的另一個原因是ATM採用的是固定的信元尺寸。ATM通道是虛擬的電路,並且MAN傳輸速度能夠達到10Gbps。

無線區域網路

(Wireless Local Area Network;WLAN)

無線區域網路是目前最新,也是最為熱門的一種區域網路,特別是自Intel推出首款自帶無線網路模組的迅馳筆記本處理器以來。無線區域網路與傳統的區域網路主要不同之處就是傳輸介質不同,傳統區域網路都是通過有形的傳輸介質進行連線的,如同軸電纜、雙絞線和光纖等,而無線區域網路則是採用空氣作為傳輸介質的。正因為它擺脫了有形傳輸介質的束縛,所以這種區域網路的最大特點就是自由,隻要在網路的覆蓋範圍內,可以在任何一個地方與伺服器及其它工作站連線,而不需要重新鋪設電纜。這一特點非常適合那些移動辦公一簇,有時在機場、賓館、酒店等(通常把這些地方稱為“熱點”),隻要無線網路能夠覆蓋到,它都可以隨時隨地連線上無線網路,甚至Internet。

無線區域網路所採用的是802.11系列標準,它也是由IEEE 802標準委員會製定的。這一系列主要有4個標準,分別為:802.11b(ISM 2.4GHz)、802.11a(5GHz)、802.11g(ISM 2.4GHz) 和802.11z,前三個標準都是針對傳輸速度進行的改進,最開始推出的是802.11b,它的傳輸速度為11MB/s,因為它的連線速度比較低,隨後推出了802.11a標準,它的連線速度可達54MB/s。但由于兩者不互相兼容,致使一些早已購買802.11b標準的無線網路設備在新的802.11a網路中不能用,所以在正式推出了兼容802.11b與802.11a兩種標準的802.11g,這樣原有的802.11b和802.11a兩種標準的設備都可以在同一網路中使用。802.11z是一種專門為了加強無線區域網路安全的標準。因為無線區域網路的“無線”特點,致使任何進入此網路覆蓋區的使用者都可以輕松以臨時使用者身份進入網路,給網路帶來了極大的不安全因素(常見的安全漏洞有:SSID廣播、資料以明文傳輸及未採取任何識別或加密措施等)。為此802.11z標準專門就無線網路的安全性方面作了明確規定,加強了使用者身份識別製度,並對傳輸的資料進行加密。所使用的方法/演算法有:WEP(RC4-128預共享密鑰,WPA/WPA2(802.11 RADIUS集中式身份識別,使用TKIP與/或AES加密演算法)與WPA(預共享密鑰)

分類方式

一,根據網路的覆蓋範圍與規模

1,區域網路

2,城域網

3,廣域網[4]

二,按傳輸介質劃分

1,有線網:指採用雙絞線來連線的電腦網路。

2,光纖網:採用光導纖維作為傳輸介質。

3,無線網:採用一種電磁波作為載體來實現資料傳輸的網路類型。[4]

三,按資料交換方式劃分

1,電路交換網

2,報文交換網

3,分組交換網[4]

四,按通信方式劃分

1,廣播式傳輸網路

2,點到點式傳輸網路

五,按服務方式劃分

1,客戶機,伺服器網路

2,對等網

相關信息--專業自考大學部

專業代號:B080709

專業名稱:中山大學自考專業--電腦網路(獨立大學部段)

開考方式   面向社會  

報考範圍   全省及港澳地區  

主考學校   中山大學  

課程設定   必考課程16門,共74學分;選考課程0門,共0學分;加考課程3門,共12學分;  

說明   1、015課程含008、009課程實驗各2學分,010、013課程實驗各1學分;上述課程實驗和202中的實踐考核課程,須相關課程筆試全部合格後方可報考。 2、電子電工信息類各專業畢業生可直接報考;理工科非電子電工信息類專業專科(或以上)畢業生報考本專業,須加考201課程;非理工科專業專科(或以上)畢業生報考本專業,須加考201至202兩門課程,已取得相同名稱課程考試成績合格者可申請免考。3、港澳考生可不考001、002兩門課程,但須加考231課程。4、本專業僅接受國家承認學歷的專科(或以上)畢業生申辦畢業。    

備註   1.根據粵考委[2006]27號檔案《關于調整我省高等教育自學考試電腦及套用等五個專業計畫的通知》,本專業從2007年開始調整考試計畫,部分考試課程會有相應的變化。2.根據粵考試中心[2006]216號檔案《關于2007年我省高等教育自學考試增加部分專業課程考試安排的通知》,本專業2007年4月、10月增加安排部分調整前課程考試。3.根據粵考委[2007]4號檔案《關于我省高等教育自學考試電腦及套用等五個專業考生執行專業考試計畫有關問題的通知》2007年辦理申請畢業登記時有如下規定。 4.根據粵考委[2009]15號檔案《關于我省高等教育自學考試電腦網路(獨立大學部段)和電腦信息管理(獨立大學部段)兩個專業考生執行專業考試計畫有關問題的通知》,本專業從2010年1月開始執行。    

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