网络工程

一，概述

随着信息技术的发展，信息收集、传输、存储和处理之间日益融合，计算机和通信的融合就产生了计算机网络computer networks(通过同一种技术相互连接起来的一组自主计算机的集合)。

计算机网络是利用通信设备和线路(链路)将地理位置不同的、功能独立的多个计算机系统连接起来，以功能完善的网络软件(网络操作系统、网络协议及网络管理软件)实现网络的资源共享和信息传递（数据通信）的系统。简单的说即连接两台或多台计算机进行通信的系统。计算机网络是计算机技术与通信技术密切结合的产物，也是继报纸、广播、电视之后的第四媒体。

二，网络的功能

1，商业应用:资源(软件,硬件,数据)共享，用户数据通信(email,传真,EDI,BBS,VOD,远程登录和信息浏览)，电子商务(B2B，B2C)，容错冗余，负载均衡，集群，云计算

2，家庭应用:访问远程信息，个人通信(IM,Chat Room,News Group,BBS,P2P对等通信)，交互娱乐，电子商务(C2C)

3，移动用户:

三，网络的发展

1,大型主机系统:集中式计算机，提供了第一代网络方案。使用中央服务器和远程终端，通常终端设备没有磁盘，只能请求信息，即所谓的”笨终端”模式。1960-1975,以大型机(Mainframe)为核心的集中式处理模式，”大型机-终端”是主导应用模式，采用电路交换方式，实质上是以主机为中心的星型网，所有的工作都由大型计算机完成，终端只是可视化的输入输出界面。主要优点是使用方便和易于管理，其主要缺点是开放性差、不易扩展以及价格昂贵。

2,客户机/服务器网络模式:客户机/服务器（client-server,c/s,分布式模式）。从八十年代初PC出现后，计算机技术进入了早期流行期，PC机的逐渐发展和计算能力日益强大，把曾经由大型主机执行的任务分配到客户机与服务器上，减少了网络阻塞的程度。服务器是可以为网络中的其他计算机提供信息和连接的计算机。而客户机则是从服务器获取信息和服务的计算机。

四，网络的分类

(一)，按覆盖地域范围分类（LAN、MAN、WAN）；按服务分类（因特网、企业内部网）；按传输媒体分类（电话、数据、视像）；按电信网分类（驻地、接入、骨干）。

三种网络的比较:


类型	分布范围	传输速率	应用场合
局域网	1KM左右	1M以上	一个单位
城域网	5-50KM	1M	一个城市
广域网	几十-几千KM	几M以上	一个国家或洲际网

1，LAN：局域网（LAN, Local Area Network,区域网）:覆盖的地理范围：有限范围（如实验室内、大楼内、校园内），分为共享式局域网与交换式局域网 LAN拓扑（总线型、星型、环型）；访问控制系统（CSMA/CD、令牌环、令牌总线）； LAN间的连接、LAN-WAN的连接、对等连接、点对点连接；高速LAN技术（千兆以太网）；无线LAN。

A,有线区域网 + 以太网 CSMA/CD + 令牌环 (Token Ring) + 光纤分布式数据接口 (FDDI)

B,无线区域网 (Wireless Local Area Network,WLAN) + 蓝牙 (BlueTooth) + Wi-Fi + ZigBee + MMDS + SMDS

2，MAN:城域网(Metropolitan Area Network, MAN):覆盖的地理范围：几十公里之内

常用结构；

3，WAN与远程传输服务：广域网(Wide Area Network，WAN):ATM,帧中继 (Frame Relay):覆盖的地理范围：几十公里到几千公里,通常利用公用网络进行组建

租用线路服务、线路交换服务、分组交换服务； ISDN、VPN、帧中继、ATM、IP连接服务；卫星通信服务、移动通信服务、国际通信服务；

4，因特网

因特网的概念（网际互连设备、TCP/IP、IP路由、DNS、代理服务器）；电子邮件（协议、邮件列表）； WEB（HTTP、浏览器、URL、HTML、XML）；文件传输（FTP）；搜索引擎（全文搜索、目录搜索、智能搜索）； QOS、CGI、VOIP；

5,个人网 (Personal Area Network，PAN):无线个人网 (WPAN)

(二)，按网络的拓扑结构分：星型、树型、总线型、环型、网状型、混合型。按传输介质分：同轴电缆网、双绞线网、光纤网、卫星网、无线网。按带宽和传输能力分：基带网（窄带网）和宽带网（多媒体）。按网络的使用性质分：公用网、专用网。按网络的交换功能分：电路交换网、报文交换网、分组交换网、帧中继网、ATM网。按控制方式分：集中式、分散式、分布式。

网络拓扑结构(Topologies)

:网络拓扑结构是指网络上计算机、缆线或其他组件的物理布局。

1, 星型拓扑星型网 (Star network):在星型拓扑中，计算机通过缆线连到一个称为Hub(网络集线器)的设备。信号从发送计算机通过Hub传到网上的所有计算机。如果-个节点电缆损坏，仅仅使该计算机受到影响，其它计算机仍继续工作。图l5-4即为星形拓扑星形网络提供了集中的资源和管理。优点　：一台计算机失效不影响网络。网络扩展和重新配置更加容易，网络的管理利监护也可以实现中央化。缺点：如果Hub(或中央节点)失效，网络将瘫痪。

2,网型拓扑网型网 (Mash network):网状型拓扑使用多条路径连接设备，因此存在冗余，可以选择最优传输路径。优点：一个连接中断，可以使用其它路径传送信息;缺点：网络费用相对昂贵。

3,环型拓扑环型网 (Ring network):环型网络把计算机连成环状，而不需要终结器。没有中央节点，电缆连接所有的节点，最后形成一个”环”。当节点发送信息时，环上的所有节点都要处理信息。环形网通常使用一个中央设备一个多点访问单元(MAU)，在环型网上确定失效部分相当困难，如果一个节点失效，整个网络就会失效。优点：所有计算机都可获取信息。在高峰期，所有的用户性能都相同，在负荷较重的网络中，环型网表现出色。缺点：网络扩展或重新规划时，网络无法操作。很多学校校园网的主干网通常采用环形网（FDDI）

4,树状拓扑树型网 (Tree network)

5,总线拓扑总线网 (Bus network):总线型拓扑结构也称作线形总线拓扑，是最简单也是最普遍的组网方式，只用一段缆线把所有计算机都连到该缆线上。优点：相对简单、便宜，易于操作，可靠性高，而且可以有效地使用电缆。缺点：如果电缆断了，那么整个网络受到影响，而且在业务高峰期，网络传输速度变慢。

6,混合拓扑:大型网络混合使用总线形、星型和环型拓扑，比较常见的网络是星环和星型总线。每个星型网络包括两个节点，由总线进行连接。因为骨干线路以介质支持高数据速率传输，所以该拓扑结构对于大型企业更为有效。介质可以传输或存储数据，包括硬盘和软盘、电线、电缆以及光纤等。优点：网络扩展简单，单机失效不影响网络工作。缺点：如果Hub失效，连接它的计算机无法通信，与Hub相连的通信线路也无法通信。

五，网络管理

网络管理

计算机网络应用可按照不同节点之间的功能关系分为：

1,客户－服务器参看B/S模式和C/S模式 2,多层结构 3,对等参看P2P模式

五，基于网络的互联

在商业网络中，通常把大型主机系统与C/S系统两种类型结合起来使用。既可以访问服务器上的数据，又可以彼此共享磁盘或数据。基于网络的互联，也叫共享计算。

所有网络都由三部分组成：

A,协议：所有网络成员必须遵守的通信规则

b,传输介质：网络互联的基本方法

C,网络服务：所有网络用户可以共享的资源

对等网络

在对等网络中，没有专用的服务器，所有的计算机都是平等的对等实体。通常，每台计算机既是客户机又是服务器，没有哪一个处于网络中的管理地位。上面的资源是是各个机器自己维护自己的资源。这样的管理和年分散。

1,实施:在典型的对等网络环境中，有些组网问题已有标准的解决方案。要保证计算机使用方便，结构简单，尽可能的保证安全。

选择对等网络的条件:对如下环境，采用对等网络比较好：用户不多于10个;用户都在同一区域中;安全性不是一个主要的问题;在不久的将来，网络的规模增长不是很快。

2,管理:在典型对等网络中，没有系统管理员专门管理整个网络，每个用户管理自己的计算机。网络管理包括下列任务：管理用户全性;维护应用程序和数据;设置共享资源;安装和升级应用程序软件：　　 3,设置共享资源:任何用户可以以任何方式共享他们的资源，其中包括共享目录、打印机、传真机等。

4,对服务器的要求:在对等网络中，每台计算机必须：使用很大部分资源来支持本地用户;使用额外的资源支持其他远程用户;基于服务器的网络需要用专门的服务器来满足网上所有用户的需要。

5,安全性:安全性包括对资源设置口令，比如网络上共享的目录。因为对等网络中用户设置自己的安全性，共享资源分散在各台计算机上而不是位于中央服务器上，因此进行集中控制比较困难。

6,培训:因为每个用户有要管理自己的资源，所以用户两方都要进培训，以便他们能发挥计算机管理员员和用户的作用

六，基于服务器的网络

随着网络规模和通讯量的增大，网络上就需要有多个服务器。把任务分散到不同的服务器，可以确保任务以最有效的方式完成。服务器要完成的任务各种各样，并且很复杂。为了满足用户不断提出的要求，大型网络上的服务器已经成为专用的服务器。

服务器的类别包括：打印服务器;文件服务器;邮件服务器;应用程序服务器;FAX服务器;通信服务器

C/S网络包括：Novell NetWare;UNIX;Microsoft LAN Manager;Microsoft Windows NT;Digital Advantage Networks (DECnet);Apple AppleTalk Network for Macintosh

企业网:企业网为组织内部的所有节点提供互联，而不管它处于什么地理位置，可以同时执行特定的任务 (商业环境下，运行网络所必须执行的特定操作)。企业网可以由多协议栈和网络体系构成，其网络特点为：支持网络上的多协议系统;系统可以将一种体系的数据包转换为另一种体系的数据包

七，系统组成

从网络拓扑结构来看，计算机网络是由一些网络节点和连接这些网络节点的通信链路构成。

从逻辑功能上讲，计算机网络是由通信子网和资源子网组成。通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，主要完成计算机之间数据的传输、交换以及通信控制，它由网络节点、通信链路组成；资源子网提供访问网络和处理数据的能力，是由主机系统、终端控制器和终端组成，主机系统负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务，终端控制器把一组终端连入通信子网，并负责对终端的控制及终端信息的接收和发送。

从系统组成来看，计算机网络是由网络硬件系统和网络软件系统构成。

1、网络硬件系统:网络硬件系统一般指构成计算机网络的硬件设备，包括各种计算机系统、终端及通信设备。

（1）主机系统：是计算机网络的主体，根据在网络中的功能和用途的不同可分为服务器和工作站。服务器是通过网络操作系统为网上工作站提供服务及共享资源的计算机设备；网络工作站是连接到网络上的计算机，又称客户机，它是网络数据主要的发生场所和使用场所除保持原有功能为用户服务之外，同时又可以按照被授予的权限去访问服务器，用户主要是通过使用工作站为利用网络资源并完成自己的工作。工作站又可分为无盘工作站和带盘工作站两种，带盘工作站是带有硬盘的微机，本身具有独立的功能，具有本地处理能力。而无盘工作是不带硬盘的微机，其引导程序存放在网络适配器EPROM中，加电后自动执行，与网络中的服务器进行相连。这种工作站不仅能防止计算机病毒通过工作站感染服务器，还可以防止非法用户拷贝网络中的数据。

（2）终端：本身不具备处理能力，不能直接在连接到网络上，只能通过网络上的主机与网络相连而发挥作用，常见的有显示终端、打印终端、图形终端等。

（3）传输介质(传输媒体,Transmission Media)：在网络设备之间构成物理通路，以便实现信息的交换。最常见的有同轴电缆、双绞线、光纤。

A,有线传输 (Wire Transmission):光纤(光导纤维,Optical Fiber);同轴电缆 (Coaxial Cable);双绞线 (Twisted Pair Cable)

B,无线传输 (Wireless Transmission):卫星传输 (Satellite Microwave);红外线传输 (Infrared Transmission);雷射传输 (Laser Transmission);无线电波 (Broadcast Radio)

（4）网络互联设备：用于实现网络之间的互连，主要有中继器、集线器、路由器、交换机等。

（5）网络接入设备：用于计算机与计算机网络进行连接的设备，常见的有网卡、调制解调器等。

2、网络软件系统:网络软件主要包括网络操作系统、网络通信协议和各种网络应用系统。

操作系统：包括服务器操作系统与工作站操作系统。

服务器操作系统：一般为多任务、多用户的，它装在服务器上，主要承担网络范围内的资源管理与分配，对网络设备进行存取访问，支持网络用户间的通信。常见的windowsNT/windows server2000/netware/unix/linux等。

管理网络资源的网络操作系统(NOS)可以管理网上资源，包括管理网上的多个用户、连接文件和打印服务器，实现网络安全。诸如Novell Netware、Microsoft Windows NT和Unix 等。通过NOS，用户可以进行远端驱动，同时允许服务器处理客户机请求，确定用户是否可以使用该资源。

三种常用的网络操作系统：Novell Netware, Microsoft Windows NT, Unix

互操作:互操作是计算机系统相互通信的能力，所有的NOS都可以进相互操作，这样拥有不同服务器利客户机的企业就可以创建一个网络。

A,Novell NetWare:开始于1989年的一个操作系统，使用单机服务器运行网络操作系统，其最新版本5.0。该版本出现之前，Novell是一个专用的NOS，使用IPX/SPX和NCP协议进行通信。

B,Microsoft Windows NT和Windows 2000:略。

C,UNIX:UNIX起源于由MIT(麻省理工学院)的F．Corbato于60年代。早期开发的兼容分时系统 (CTSS)。UNIX是一个多用户多任务操作系统，多数为非PC网络用户。Unix由一个内核(Kernel，操作系统提供基本服务的主要组成部分)，一个文件系统和一个外围程序(shell)组成。通用的Unix版本包括RedHat Linux， Digital Unix，HP-OX，SCO UNIX Ware以及IBM AIX等。许多IBM的主机都可以运行UNIX操作系统。

工作站操作系统：是本机处理能力的有力支撑，负责对本机资源的正常管理。常见的有window98/windows2000/dos等。

通信协议：网络中计算机之间、网络设备与计算机之间、网络设备之间进行通信时，双方所要遵循的通信规则的约定。常见的有包交换协议IPX、传输控制协议/网际协议（TCP/IP）、以太网协议等。

网络管理软件：用来对网络运行状况进行信息统计、报告、警告、监控的软件系统。TCP/IP协议簇中提供管理功能的协议为简单网络管理协议SNMP。

九，网络协议

存在多种不同的网络协议，传输媒介由此也构成多种不同的计算机网络:ARCNET;DECNET;以太网;安全网际网络协议 (Internet Protocol Security, IPSEC);Appletalk;TCP/IP协议栈;传输控制协议 (Transmission Control Protocol, TCP);网际网络通讯协议 (Internet Protocol, IP);令牌环 (Token Ring);IPX;光纤传输数据接口 (Fiber Distributed Data Interface, FDDI);HIPPI;Myrinet;异步传输模式 (Asynchronous Transfer Mode，ATM);RS-232;IEEE-488;USB;IEEE 1394;X.25;帧中继 (Frame relay);蓝牙 (Bluetooth);ZigBee;IEEE 802.11;系统网络结构 (System Network Architecture)

十，附，相关的机构与厂商

1,机构:美国国家标准组织ANSI;电子工业联盟EIA;电子和电力工程师协会IEEE;国际标准化组织ISO

2,厂商:3COM,CISCO,D-LINK,HP,华为,IBM,Nortel Network,港湾

参考