计算机网络
计算机网络是利用通信线路和通信设备，把地理上分散并且具有独立功能的多个计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，通过功能完善的网络软件实现资源共享的计算机系统集合。
计算机网络的功能
计算机网络的主要功能是数据通信、资源共享、负荷均衡和分布处理。
计算机网络的组成与逻辑结构
从系统构成的角度看，计算机网络由网络硬件和网络软件两大部分组成；从系统功能的角度看，计算机网络逻辑上由通信子网和资源子网两大部分构成。
计算机网络系统包括硬件和软件两大部分。硬件负责数据处理和数据转发，包括计算机系统、通信设备和通信线路；软件负责控制数据通信和各种网络应用，包括网络协议和网络软件。组成计算机网络的四大要素为计算机系统、通信线路与通信设备、网络协议和网络软件。
（1）计算机系统。具有独立功能的计算机系统是网络的基本模块，是连接的对象，负责数据信息的收集、处理、存储和提供共享资源。
（2）通信线路与通信设备。计算机网络的硬件部分除了计算机本身以外，还要有用于连接这些计算机的通信线路和设备，即数据通信系统。其中，通信线路指的是传输介质及其介质连接部分，包括光缆、双绞线、同轴电缆、无线电等。通信设备指的是网络连接设备、互联设备，包括网卡、集线器、中继器、交换机、网桥和路由器。通信线路和通信设备在计算机之间建立一条物理通路，用于数据传输。通信线路与通信设备负责控制数据的发出、传送、接收或转发，包括信号转换、编码与解码、差错控制和路由选择等。
（3）网络协议。在网络中为了使网络设备之间能成功地发送和接收信息，必须制定相互都能接受并遵守的约定和通信规则，这些规则的集合就称为“网络通信协议”，如TCP/IP、SPX/IPX、NetBEUI等。协议通常包括所传输数据的格式、差错控制方案，以及在计时与时序上的有关约定。在网络上的通信双方必须遵守相同的协议，才能正确地交换信息。例如，Internet使用的协议是TCP/IP。协议的实现由软件和硬件配合完成，有些部分由网络设备来完成。
（4）网络软件。网络软件是控制、管理和使用网络的计算机软件。为了协调系统资源，需要通过软件对网络资源进行全面的管理、调度和分配，并采取一系列安全保密措施，防止用户对数据和信息不合理地访问，以防数据和信息的破坏与丢失。根据软件的功能，网络软件主要包括网络系统软件和网络应用软件。
计算机网络的逻辑结构
从网络系统自身功能上看，计算机网络应该能够实现数据处理与数据通信两大基本功能，所以，将应用与通信功能从逻辑上分离，产生了通信子网与资源子网的概念。计算机网络从逻辑上分为资源子网和通信子网两大部分，二者在功能上各负其责，通过一系列网络协议把二者紧密结合起来，共同实现计算机网络的功能。如图1-3所示。资源子网负责面向应用的数据处理，实现网络资源的共享；通信子网负责面向数据通信处理和通信控制。
※ 资源子网是网络中数据处理和数据存储的资源集合，负责数据处理和向网络用户提供网络资源，实现网络资源的共享。它由拥有资源的用户主机、终端、外设和各种软件资源组成。
※ 通信子网是网络中数据通信部分的资源集合，主要承担着全网的数据传输、加工和变换等通信处理工作。它是由通信控制处理机CCP、传输线路和通信设备组成的独立的数据通信系统。通信控制处理机（Communication Control Processor，CCP）作为通信子网中的网络结点，一方面作为资源子网的主机、终端的接口，将主机和终端连入通信子网内；另一方面又作为通信子网的数据转发结点，完成数据的接收、存储、校验和转发等功能，实现将源主机的数据准确发送到目的主机的作用。
电信部门提供的网络（如X.25网、DDN网、帧中继网等）一般都作为通信子网，企业网、校园网中除了服务器和计算机外的所有网络设备和网络线路构成的网络也可称为通信子网。通信子网与具体的应用无关。
计算机网络的拓扑结构
网络拓扑结构是指网络中连接网络设备的物理线缆铺设的几何形状，用以表示网络形状。网络拓扑结构影响着整个网络的性能、可靠性和成本等重要指标，特别是在局域网中，网络拓扑结构与介质访问控制方法密切相关，或者说，局域网使用什么协议在很大程度上和所使用的网络拓扑结构有关。在设计和选择网络拓扑结构时，应考虑以下因素：功能强，技术成熟，费用低，灵活性好，可靠性高。
网络拓扑结构有总线型、星形、环形、树状和网状等几种。局域网的常用网络拓扑结构有星形、总线型、树状和环形，广域网大多采用不规则的网状结构。
计算机网络的拓扑结构
总线型拓扑结构
总线型结构（bus topology），是指所有入网设备共用一条物理传输线路，所有主机都通过相应的硬件接口连接在一根传输线路上，这根传输线路被称为总线（bus）。在总线结构中，网络中所有主机都可以发送数据到总线上，并能够由连接在线路上的所有结点接收，但由于所有结点共用同一条公共通道，所以在同一时刻只能准许一个结点发送数据。公用总线上的信号多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的结点开始向两端扩散的，如同广播电台发射的信息一样，因此又称“广播式计算机网络”。各结点在接收信息时都进行地址检查，查看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。
总线型结构的优点：
※ 网络结构简单灵活，可扩充性好。需要增加用户结点时，只需要在总线上增加一个分支接口即可与分支结点相连，扩充总线时使用的电缆少。
※ 有较高的可靠性，局部结点的故障不会造成全网的瘫痪。
※ 易安装，费用低。
总线型结构的缺点：
※ 故障诊断和隔离较困难，故障检测需要在网上各个结点上进行。
※ 总线的长度有限，信号随传输距离的增加而衰减。
※ 不具有实时功能，信息发送容易产生冲突，站点从准备发送数据到成功发送数据的时间间隔是不确定的。
星形拓扑结构
星形拓扑（star topology）结构中有一个唯一的中心结点，每个外围结点都通过一条点对点的链路直接与中心结点连接各外围结点间不能直接通信，所有的数据必须经过中心结点。
星形结构的优点：
※ 结构简单，容易实现，在网络中增加新的结点也很方便，易于维护、管理。
※ 故障诊断和隔离容易，可以逐一地隔离开外围结点与中心结点的连接线路，进行故障检测和定位。某个外围结点与中心结点的链路故障不影响其他外围结点间的正常工作。
星形结构的缺点：
※ 通信线路专用，电缆长度和安装工作量可观。
※ 中心结点负担较重，形成“瓶颈”。
※ 可靠性较低，中心结点发生故障就会造成整个网络的瘫痪。
环形拓扑结构
环形拓扑结构（ring topology）由网络中若干结点通过环接口连在一条首尾相连形成的闭合环的通信链路上。这种结构使用公共传输电缆组成环形连接，数据在环路中沿着一个方向在各个结点间传输，信息从一个结点传到另一个结点，直到目标结点为止。环形网络既可以是单向的，也可以是双向的。双向环形网络中的数据能在两个方向上传输，因此，设备可以和两个邻近结点直接通信。如果一个方向的环中断了，数据还可以在相反的方向从另一个环传输，最终到达目标结点。
※ 结构简单，容易实现，各结点之间无主从关系。
※ 当网络确定时，数据沿环单向传送，其延时固定，实时性较强。
※ 可靠性低，只要有一个结点或一处链路发生故障，则会造成整个网络的瘫痪。
※ 结点的加入和撤出复杂，不便于扩充。
※ 维护难，对分支结点故障定位较难。
※ 与星形结构相比，树状结构的通信线路总长度较短，成本较低，结点易于扩充。
※ 故障隔离容易，容易将故障分支与整个系统隔开。
※ 结构较复杂，数据在传输的过程中需要经过多条链路，时延较大。
※ 各结点对根结点的依赖性大，如果根结点发生故障，则全网不能工作。
网状结构（net topology）是一种不规则的结构。该结构由分布在不同地点、各自独立的结点经链路连接而成，每一个结点至少有一条链路与其他结点相连，两个结点间的通信链路可能不止一条，需进行路由选择。其优点是：可靠性高，灵活性好，结点的独立处理能力强，信息传输容量大；缺点是结构复杂、管理难度大、投资费用高。网状结构是一种广域网常用的拓扑结构，互联网大多采用这种结构。
以上介绍了几种常用的拓扑结构，在计算机网络中还有其他类型的拓扑结构，如总线型与星形混合等。应当指出，在实际组网中，拓扑结构不一定是单一的，通常是几种结构的混用。不管是局域网还是广域网，其拓扑的选择需要考虑诸多因素：网络既要容易安装，又要易于扩展；网络的可靠性也是需要考虑的重要因素，要易于进行故障诊断和隔离，以使网络始终能保持正常运行。网络拓扑的选择还会影响到传输介质的选择及介质访问控制方法的确定，这些因素又会影响、决定一个网络的主要性能。
