2.2　计算机网络系统的组成

跟计算机系统相似，计算机网络系统的组成也包括网络硬件部分和网络软件部分。硬件部分主要包括计算机系统、网络传输介质、网络设备；软件部分主要包括网络操作系统、传输协议、网络应用软件。

2.2.1　计算机网络硬件系统

（1）网络传输介质

网络传输介质是指网络中发送方与接收方之间的物理通路，常用的传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。无线传输介质主要有微波、红外线、激光等。

① 双绞线　为了降低信号的干扰程度，将两根绝缘铜导线相互扭绕在一起形成双绞线，再将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套。双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP），适合于短距离通信。非屏蔽双绞线价格便宜，传输速度偏低，抗干扰能力较差。屏蔽双绞线抗干扰能力较好，具有更高的传输速度，但价格相对较贵。图2-6所示为双绞线。

图2-6　双绞线

② 同轴电缆　同轴电缆由一根圆柱内导体铜质芯线外包裹外导体屏蔽层组成，内导体芯线和外导体屏蔽层之间用绝缘层隔开，为了增强抗干扰能力，电缆外层加上保护塑料层。按直径的不同，同轴电缆可分为粗缆和细缆两种：粗缆传输距离长，性能好但成本高，网络安装、维护困难，一般用于大型局域网的干线；细缆安装较容易，造价较低，但日常维护不方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。图2-7所示为同轴电缆。

图2-7　同轴电缆

③ 光纤　光导纤维简称光纤又叫光缆，它是应用光学原理由一组光导纤维来传播光束的、细小而柔韧的传输介质，也是目前应用最为广泛的一种传输介质。与其他传输介质比较，光纤主要应用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接，具有电磁绝缘性能好、信号衰减小、频带宽、传输速度快、传输距离大等特点，但造价比较昂贵。图2-8所示为光纤。

图2-8　光纤

④ 微波　微波是指波长在1m（不含1m）到1mm之间的电磁波，其频率很高，一般为300MHz～300GHz。利用微波传输信号时若传输距离过长信号会出现衰减，为了解决这一问题，一般在40～60km左右的距离需架设中继站，对信号进行放大后再传输。微波具有频带宽、传输速度快、建设费用低等特点，常被应用于长途通信服务如手机通信。

⑤ 红外线　红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种。利用红外线传输信号具有很强的方向性，防窃取能力强，但由于红外线波长太短（0.75～1000µm），频率太高，不能穿透固体物质，因而对环境因素较为敏感，只能应用于室内或近距离传输。

（2）网络设备

除了计算机系统和网络传输介质外，还需要各种网络设备才能将不同位置上独立工作的计算机连接起来，形成计算机网络。常见的网络设备主要有网卡、集线器、交换机、路由器等。

① 网卡　网卡也叫网络适配器或网络接口卡，是计算机与外界局域网连接时主机箱内插入的一块接口板。如图2-9所示。网卡是计算机网络系统中最重要的连接设备之一。网卡的主要功能一方面是将网络上接收来的数据，通过总线传送给计算机，另一方面是将计算机中的数据进行封装转换后传输到网络上。

图2-9　网卡

② 集线器　集线器（Hub）属于数据通信系统中的基础设备，如图2-10所示。它工作在局域网环境，是计算机和服务器之间的连接设备。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生、整形、放大，以扩大网络的传输距离。Hub在功能上跟中继器一样，所以又被看作是一种多端口的中继器或转发器，当以Hub为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其他线路的工作。

图2-10　集线器

常见的集线器接口数量有8口、16口、24口等。

③ 交换机　交换机（Switch）是集线器的升级换代产品，所以交换机也是一种网络集中设备。如图2-11所示。集线器在某一时刻只能进行数据接收或数据发送，而交换机同时允许接收和发送数据。从理论上讲交换机传输速度比集线器增加一倍，交换机的出现大大地改善了网络性能，显著地提高了网络运行速度。

图2-11　交换机　

④ 路由器　路由器（Router）是将局域网接入广域网或将处于不同位置的局域网通过广域网互联起来的网络设备。如图2-12所示。路由器是互联网络的枢纽，也是互联网的主要结点设备。它不仅能实现连接功能，还能对不同网络或网段之间的数据进行“翻译”，以便互联起来的各个网络之间能互相“理解”对方。

图2-12　路由器

2.2.2　计算机网络软件系统

（1）网络协议

不同的计算机有不同的“语言”，接入到网络中的计算机要能实现相互通信和数据交换，就得有一套统一的彼此都能识别的“语言”，这就是网络协议。网络协议是指为计算机网络中进行数据交换而建立的规则、标准或约定的集合。

网络协议是由三个要素组成。

① 语义部分　规定了需要发出什么样的控制信息，以及完成哪些动作、做出什么响应。

② 语法部分　规定了用户数据与控制信息的写法和格式。

③ 变换规则　规定数据交换的要求、标准、法则。

人们形象地把这三个要素描述为：语义表示要做什么操作，语法表示操作的对象，变换法则表示怎么做。

（2）网络参考模型

为了使不同计算机厂家生产的计算机能够相互通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，国际标准化组织（ISO）在1978年提出了“开放系统互联参考模型”，即著名的ISO/OSI模型，简称OSI模型。它将计算机网络体系结构的通信协议划分为七层，自下而上依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。分层的好处是利用层次结构可以把开放系统的信息交换问题分解到一系列容易控制的软硬件模块中，而各层可以根据需要独立进行修改或扩充功能。上三层总称应用层，用来控制软件方面。下四层总称数据流层，用来管理硬件。除了物理层之外其它层都是用软件实现的。如图2-13所示。

图2-13　OSI网络参考模型分层结构

（3）TCP/IP协议

TCP/IP协议即传输控制协议/网际协议，是Internet最基本的协议，其主要作用是实现各种网络和计算机的互联通信。它由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了计算机如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP负责发现传输的问题，

一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

TCP/IP实际上是一组协议，它包括了上百个各种功能的协议，采用了四层的层级结构即应用层、传输层、网络层、网络访问层。应用层是TCP/IP协议的最高层，其功能跟OSI模型的最高三层相似。