【 知识目标 】
- 认识计算机网络；
- 计算机网络的组成；
- 网络拓扑结构；
- 计算机网络的功能。
【 能力目标 】
- 理解计算机网络的定义；
- 了解计算机网络的组成及各种设备的基本作用；
- 掌握计算机网络的拓扑结构的分类及各自的特点。
一 什么是计算机网络
1 计算机网络的组成
端系统（end system）通过通信链路（communication link）和分组交换机（packet switch）连接到一起。
端系统：也叫主机（host）,是连接到网络的各种设备，现在已经不局限于传统的PC机和手机。
通信链路：各种通信的物理媒介，同轴电缆、光纤、无线电频谱等。
分组交换机：分组交换机从它的入通信链路接受到达的分组，并从它的一条出通信链路转发分组。主要有两类：路由器（route）和链路层交换机（link-layer switch）。链路层交换机通常用于接入网中，而路由器通常用于网络核心中。
注：计算机网络与运输网络很相似，数据类似于货物， 分组类似于装了货物的卡车，通信链路类似于道路， 分组交换机类似于立交桥，端系统类似于建筑物。主机系统：提供各种资源
- 服务器: 提供各种网络资源
- PC 机: 用于访问网络资源
通信系统：完成通信任务
- 路由器: 为某个局域网提供网关接口，实现不同网络之间的连接
- 交换机: 为局域网内部各种设备之间的连接提供接口
- 传输介质: 用于连接任意两个设备
- 网卡: 为主机接入到网络提供接口
网络中的主机系统主要用于提供各种网络资源，通常被称为资源子网
网络中的通信系统主要用于完成数据通信任务，通常被称为通信子网
2 计算机网络的拓扑结构
网络拓扑基本概念
- 节点：一个“节点”其实就是一个网络端口。节点又分为“转节点”和“访问节点”两类。“转节点”的作用是支持网络的连接，它通过通信线路转接和传递信息，如交换机、网关、路由器、防火墙设备的各个网络端口等；而“访问节点”是信息交换的源点和目标点，通常是用户计算机上的网卡接口。
- 结点：一个“结点”是指一台网络设备，因为它们通常连接了多个“节点”，所以称之为“结点”。在计算机网络中的结点又分为链路结点和路由结点，它们就分别对应的是网络中的交换机和路由器。
- 链路：“链路”是两个节点间的线路。链路分物理链路和逻辑链路（或称数据链路）两种，前者是指实际存在的通信线路，由设备网络端口和传输介质连接实现；后者是指在逻辑上起作用的网络通路，由计算机网络体系结构中的数据链路层标准和协议来实现。如果链路层协议没有起作用，数据链路也就无法建立起来。
- 通路：“通路”从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一串节点和链路的组合。也就是说，它是一系列穿越通信网络而建立起来的节点到节点的链路串连。它与“链路”的区别主要在于一条“通路”中可能包括多条“链路”。
网络常见的拓扑结构
- 总线型
-
优点：
- 总线型拓扑结构其特点位置有一条双向通路，便于进行广播式传送信息；
- 总线型拓扑结构属于分布式控制，无需中央处理器，故结构简单；
- 结点的增、删和位置的变动较容易，变动中不影响网络的正常运行，系统扩充性能好；
- 结点的接口通常采用无源线路，系统可靠性高；
- 设备少、价格低、安装使用方便。
-
缺点：
- 由于电气信息延迟时间不确定，故障隔离和检测困难。
一个典型的总线结构的以太网示例图
- 星型
每个节点都由一个单独的通信线路连接到中心节点上。中心节点控制全网的通信，任何两台计算机之间的通信都要通过中心节点来转接。因些中心节点是网络的瓶颈，这种拓朴结构又称为集中控制式网络结构，这种拓扑结构是目前使用最普遍的拓扑结构，处于中心的网络设备跨越式集线器（Hub）也可以是交换机。
优点：结构简单、便于维护和管理，因为当中某台计算机或头条线缆出现问题时，不会影响其他计算机的正常通信，维护比较容易。
缺点：通信线路专用，电缆成本高；中心结点是全网络的可靠瓶颈，中心结点出现故障会导致网络的瘫痪。
-
中央节点可以方便地控制和管理网络，并及时发现和处理系统故障；
-
系统的可靠性较高，健壮性很好；
-
如果中央节点出现故障，则整个网络瘫痪 ；
-
若是交换机作为中央节点，网络中可以有多对用户同时完成数据交换，属于点到点式网络；
-
扩充容易，可以通过交换机的级联来增加更多的主机，当然，交换机级联的个数是有限的
- 环型
环型结构的信息传输线路构成个封闭的环型， 各结点通过中继器连入网内，各中继器间首尾相接，信息单向沿环路连点传送。
优点：
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其特点为信息的流动方向是固定的，两个结点仅有一条通路， 路径控制简单；
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有旁路设备，结点一旦发生战障，系统自动旁路，可靠性高。
缺点：
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信息要串行穿过多个结点，在网中结占过多时传输效率低，系统响应速度慢；
-
由于环路封闭，扩充较难。
-
中央节点可以方便地控制和管理网络，并及时发现和处理系统故障；
-
系统的可靠性较高，健壮性很好；
-
如果中央节点出现故障，则整个网络瘫痪 ；
-
若是交换机作为中央节点，网络中可以有多对用户同时完成数据交换，属于点到点式网络；
-
扩充容易，可以通过交换机的级联来增加更多的主机，当然，交换机级联的个数是有限的
- 树型
树型结构是总线型结构的扩充形式，传输介质是不封闭的分支电缆，他主要用于多个网络组成的分级结构中，其特点同总线型网。
- 网状
全网状拓扑：容错能力强；实施成本高
部分网状拓扑：在容错能力与成本之间寻求平衡
二 计算机网络的功能
1、数据通信；
2、资源共享。
- 数据通信:
可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递，是继电报、电话业务之后的第三种最大的通信业务。
- 资源共享:
实现了网络中硬件资源和软件资源的共享；
硬件资源共享，比如，典型的服务器租赁，云计算等等。节省了我们自己搭建服务器等硬件资源的成本。
软件资源共享，比如，我们平时使用的各种APP或者客户端应用等等。节约了我们自己开发软件的成本。
- 集中管理:
通过各种管理系统，实现了日常工作的管理，以及信息的整理存储。降低了管理难度，和管理成本。
- 实现分布式处理:
可以通过不同的计算机，将复杂的计算难题分解成不同的部分，交给不同的计算机去处理。
- 负荷均衡:
负荷均衡是指工作被均匀的分配给网络上的各台计算机系统。网络控制中心负责分配和检测，当某台计算机负荷过重时，系统会自动转移负荷到较轻的计算机系统去处理。