计算机网络介绍

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计算机网络

计算机网络是由通信介质将地理位置不同的且相互独立的计算机连接起来，实现数据通信与资源共享

网络分类

按照网络拓扑分类

总线型：一般传输介质为同轴电缆，需要T型头和信号终结器

总线型.png

环形：需要申请令牌才可以通信。

环型.png

星型：中央节点压力大，单点故障

星型.png

网型：效率高，网络复杂

网型.png

按地域分类：参照物不同，类型不同

局域网(LAN)：一个公司、一个家庭

城域网(MAN)：一个区、一个城市、一个国家

广域网(WAN)：一个国家、全世界

网络设备

交换机：负责组建局域网，研究的是MAC地址

交换机.jpeg

路由器：负责组建广域网，研究的是IP地址

路由器.jpeg

传输介质

同轴电缆、双绞线、光纤

目前常用的就是双绞线和光纤

1）双绞线

双绞线（twisted pair，TP）是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘保护层的铜导线组成的。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度。双绞线理论最大传输距离是100米，树明建议不要超过90米。如果两台设备超过这个距离，建议中间放一个中继器或者交换机。

双绞线分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两种。

屏蔽双绞线：抗静电干扰性强，价格稍高一些，一般室外用的多一些。

屏蔽双绞线.jpeg

非屏蔽双绞线：重量轻，易弯曲，易安装，一般用在室内。

非屏蔽双绞线.png

按照传输速度分类

  • 1类 100KHz 主要用于传输语音
  • 2类 1MHz 用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输
  • 3类 16MHz 指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆，该电缆的传输频率16MHz，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输主要用于10BASE–T。
  • 4类 20MHz 该类电缆的传输频率为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输主要用于基于令牌的局域网和 10BASE-T/100BASE-T。
  • 5类 100MHz 该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输率为100MHz，用于语音传输和最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和10BASE-T网络。这是最常用的以太网电缆。
  • 5e类 100MHz 超5类具有衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰的比值(ACR)和信噪比(Structural Return Loss)、更小的时延误差，性能得到很大提高。超5类线主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。
  • 6类 250MHz 六类线：该类电缆的传输频率为1MHz～250MHz，六类布线系统在200MHz时综合衰减串扰比（PS-ACR）应该有较大的余量，它提供2倍于超五类的带宽。六类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。六类与超五类的一个重要的不同点在于：改善了在串扰以及回波损耗方面的性能，对于新一代全双工的高速网络应用而言，优良的回波损耗性能是极重要的。六类标准中取消了基本链路模型，布线标准采用星形的拓扑结构，要求的布线距离为：永久链路的长度不能超过90m，信道长度不能超过100m。
  • 6A类 500MHz
  • 7类 600MHz

按照品牌分类

  • 安普
  • 西蒙
  • 朗讯
  • 丽特
  • IBM

2）光纤

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。

光纤.jpg

计算机网络：概念、组成、分类与核心功能

计算机网络是现代信息社会的“基础设施”，其本质是将地理位置分散、具备独立功能的多台计算机及外部设备，通过通信线路（如网线、光纤）与通信设备（如路由器、交换机）连接，在网络操作系统、管理软件及通信协议（如TCP/IP）的协调下，实现资源共享与数据通信的协同系统。

一、计算机网络的核心组成（三大支柱）

任何计算机网络都由“硬件基础”“软件支撑”“协议规则”三部分构成，三者缺一不可，共同保障网络的正常运行。

1. 硬件部分（物理载体）

硬件是网络的“骨架”，决定了数据传输的物理通道和连接能力：

  • 终端设备：网络的“使用者”，包括个人电脑、手机、服务器、物联网设备（如智能摄像头、智能家电）等，是数据的产生或消费端。
  • 通信设备：网络的“中转站”，负责数据的转发与不同网络的连接：
  • 交换机：连接同一局域网（LAN）内的设备，实现局域网内数据的高效交换（如公司内网中电脑与打印机的连接）。
  • 路由器：连接不同网络（如家庭LAN与互联网WAN），通过IP地址路由数据，是跨网络通信的核心（如家庭路由器连接宽带与手机/电脑）。
  • 网关：连接不同类型的网络（如以太网与光纤网），负责协议转换，解决“语言不通”问题。
  • 传输介质：数据传输的“通道”，分为有线和无线两类（详见“按传输介质分类”），如双绞线（网线）、光纤、无线电波（WiFi信号）。

2. 软件部分（逻辑驱动）

软件是网络的“大脑”，负责管理资源、实现具体功能：

  • 网络操作系统：管理网络硬件与软件资源，如服务器端的Windows Server、Linux，客户端的Windows 10/11、macOS。
  • 网络应用程序：满足用户实际需求的工具，如浏览器（Chrome、Edge）、即时通讯软件（微信、QQ）、文件传输工具（FTP客户端）。
  • 网络管理软件：监控与维护网络稳定，如华为Zabbix，可实时检测路由器、交换机的运行状态，排查故障。

3. 通信协议（规则核心）

协议是网络设备的“通用语言”，规定了数据的格式、传输顺序、错误处理等标准——无协议则设备无法互通。其中，TCP/IP协议簇是互联网的“通用协议”，核心包含：

  • IP协议（网际协议）：给每个设备分配唯一“IP地址”（如192.168.1.1），负责将数据从源地址路由到目标地址。
  • TCP协议（传输控制协议）：提供“可靠传输”，通过分段、重传、流量控制确保数据不丢失、不混乱（如微信消息、文件下载）。
  • UDP协议（用户数据报协议）：提供“快速传输”，无重传机制，适合延迟敏感场景（如视频通话、游戏实时数据）。
  • 应用层协议：面向具体应用，如HTTP（网页访问）、DNS（将“www.baidu.com”转为IP地址）、FTP（文件传输）。

二、计算机网络的核心分类（多维度体系）

网络分类需结合“覆盖范围、技术特性、功能用途”等维度，同一网络可能同时属于多个分类（如家庭WiFi既是LAN，也是无线网络）。

1. 按地理覆盖范围（最常用维度）

根据网络服务的物理空间大小划分，决定了“连接规模”与“应用场景”：

网络类型 英文缩写 覆盖范围 核心特点 典型应用
局域网 LAN 小范围（≤1km） 速度快（100Mbps~100Gbps）、延迟低、成本低 家庭WiFi、公司内网、校园实验室网络
城域网 MAN 城市级（10~100km） 连接多个LAN，由运营商/政府维护 城市政务专网、广电有线电视网
广域网 WAN 跨区域/国家（≥100km） 依赖公共骨干网、延迟较高 互联网（全球最大WAN）、企业跨城VPN
个人区域网 PAN 个人周边（≤10m） 无线为主、功耗低 蓝牙（手机连耳机）、红外（遥控器）

2. 按网络拓扑结构（设备连接形态）

“拓扑结构”指节点（设备）与链路（传输介质）的物理/逻辑连接方式，直接影响网络的可靠性、成本与故障排查难度：

拓扑类型 结构特点 优点 缺点 典型应用
星型拓扑 所有节点连接到1个中心设备（交换机/路由器） 故障易排查、扩展性强 依赖中心节点（中心故障则全网瘫痪） 家庭WiFi、公司有线内网
环型拓扑 节点首尾相连形成闭合环，数据单向传输 无数据冲突、结构简单 单节点故障断环、扩展困难 早期令牌环网、工业控制网
总线型拓扑 所有节点共享1条“公共总线”（如同轴电缆） 布线简单、成本低 数据冲突严重、故障难排查 早期以太网（10Base-2）
网状拓扑 每个节点至少连接2个其他节点，多路径 可靠性极高（一条链路断可走其他路） 成本高、配置复杂 互联网骨干网、军事通信网
树型拓扑 星型拓扑的层级扩展（根→子→叶节点） 易管理、扩展性强 中间层故障影响下层 大型企业内网（总部→分公司）

3. 按传输介质（数据载体）

分为“有线”和“无线”，差异体现在速度、稳定性与灵活性：

类型 传输介质 核心特点 典型技术/标准 应用场景
有线网络 双绞线、光纤、同轴电缆 速度快、稳定性高、抗干扰强 以太网（双绞线）、光纤通信 家庭宽带（光纤入户）、公司内网
无线网络 无线电波、红外线、微波 无需布线、灵活性高、覆盖广 WiFi（802.11系列）、5G/4G、蓝牙 手机移动上网、智能家居连接

4. 按传输技术（数据传递逻辑）

根据数据是否“广播”划分，核心是解决“信道占用”问题：

  • 广播式网络：数据从源节点通过共享信道（如无线信号）向所有节点广播，仅目标节点接收。需通过协议（如以太网CSMA/CD）避免冲突，典型如WiFi、有线电视网。
  • 点到点网络：数据通过专用链路或路由器转发，仅传递给目标节点，无广播。需通过路由协议（如IP）确定路径，典型如互联网骨干网、VPN专线。

5. 按服务对象（使用权限）

  • 公用网：由运营商（移动、联通）建设，向所有合法用户开放，需付费使用，如互联网、4G/5G移动网络、商场公共WiFi。
  • 专用网：由企业、政府等自建，仅内部授权用户访问，安全性高，如企业内网、政府政务专网、银行核心业务网。
    延伸：VPN（虚拟专用网）是“基于公用网的专用网”，通过加密技术让远程员工安全访问企业内网。

6. 按数据交换方式（转发逻辑）

决定数据传输的“效率”与“实时性”：

交换方式 核心逻辑 优点 缺点 典型应用
电路交换 通信前建立专用物理通路，全程占用 实时性强、无数据丢失 资源利用率低（空闲也占用） 传统固定电话网
分组交换 数据拆分为“小包”独立转发，目标重组 资源利用率高、抗故障强 有延迟（拆分/重组） 互联网（TCP/IP）、企业内网
报文交换 完整数据（如邮件）作为“报文”转发 无需建通路、适合低速数据 延迟极高 早期电报网、传统邮件系统

7. 按服务方式（资源共享模式）

  • 客户机/服务器（C/S）模式：明确“服务器（提供资源）”与“客户机（请求资源）”，如QQ（客户机）登录腾讯服务器、视频软件（客户机）访问视频服务器。
  • 浏览器/服务器（B/S）模式：C/S的简化版，客户机仅需浏览器（Chrome、Edge），逻辑处理在服务器端，如访问淘宝、使用腾讯文档。
  • 对等网络（P2P）模式：无中心服务器，每个节点既是客户机也是服务器，直接共享资源，如BT下载、区块链网络（比特币）。

8. 按功能层次（链路角色）

从“用户到互联网”的层级分工，三者协同构成完整通信链路：

  • 接入网（最后一公里）：用户设备接入网络的“入口”，如家庭WiFi、小区光纤、手机基站。
  • 汇聚网：汇聚多个接入网的流量，初步处理后传递到核心网，如运营商区域机房、企业汇聚交换机。
  • 核心网（骨干中枢）：跨区域、大容量流量转发的核心，如互联网骨干网（中国电信CHINANET）、省际通信链路。

三、计算机网络的主要功能

  1. 资源共享：网络的核心价值，包括硬件共享（如共享打印机、服务器硬盘）、软件共享（如共享办公软件）、数据共享（如共享公司数据库、在线文档）。
  2. 数据通信：实现设备间信息传递，如微信聊天、视频会议、邮件发送、远程监控。
  3. 分布式处理：将复杂任务拆分给多台计算机协同完成，提高效率，如云计算（多服务器处理用户请求）、大数据分析（分布式计算海量数据）。
  4. 可靠性与负载均衡：通过多路径备份（如网状拓扑）提高可靠性；通过服务器集群（如淘宝多台服务器）分担流量，避免单台设备过载。

四、计算机网络的发展趋势

  1. 高速化：从千兆以太网向万兆、40Gbps升级，5G/6G实现无线高速传输（5G峰值速率达10Gbps）。
  2. 智能化：SDN（软件定义网络）实现网络灵活编程控制，AI用于故障自动排查、流量预测。
  3. 泛在化：物联网（IoT）将家电、汽车、传感器等所有设备接入网络，实现“万物互联”。
  4. 安全化：量子通信、区块链技术解决数据加密与防篡改问题，应对网络攻击（如黑客入侵、数据泄露）。

总结

计算机网络是“硬件+软件+协议”的协同系统，其分类需结合多维度理解（如家庭WiFi既是LAN，也是星型拓扑、无线网络）。从日常手机上网到企业云计算，从城市政务到全球互联网，计算机网络已深度融入生产生活，是数字时代的核心基础设施。