什么是计算机网络？

2025 年 4 月 7 日 | 阅读 14 分钟

将两台或多台计算机及其他支持的硬件设备通过通信信道连接起来组成的网络称为计算机网络。它使计算机能够相互通信，并共享命令、数据等，包括硬件和软件资源。

网络中的每台计算设备都称为节点或站。节点可以是路由器、个人计算机和服务器。数据转换通过称为协议的规则在网络上进行。协议是一组规则，网络中的每个节点都应遵循这些规则来在有线或无线网络上传输信息。

计算机网络的工作原理

节点（如计算机、交换机和调制解调器）是数据生成和传输的源头。然后，链路（传输介质）用于连接节点。

遵循协议，节点将通过连接传输和接收数据。计算机网络架构定义了这些物理和逻辑组件之间的设计。它为网络的物理组件、功能组织、协议和过程提供了定义。

计算机网络的用途

它允许您共享打印机、扫描仪等资源。
您可以与其他网络用户共享昂贵的软件和数据库。
它有助于计算机之间进行通信。
它允许用户通过网络交换数据和信息。

流行的计算机网络

局域网 (LAN)
城域网 (MAN)
广域网 (WAN)

局域网 (LAN)

顾名思义，局域网是一种在小区域内运行的计算机网络，即它连接了小地理区域内的计算机，例如办公室、公司、学校或任何其他组织。因此，它存在于特定区域内，例如家庭网络、办公室网络、学校网络等。

局域网可以是布线网络、无线网络或两者的组合。LAN 中的设备通常使用以太网电缆连接，该电缆提供连接路由器、交换机和计算机等多个设备的接口。例如，使用单个路由器、几根以太网电缆和计算机，您可以在家中、办公室等处创建 LAN。在此网络中，一台计算机可能充当服务器，而网络中的其他计算机可能充当客户端。

LAN 的特性

网络规模小，仅包含几公里。
数据传输速率高，范围从 100 Mbps 到 1000 Mbps。
LAN 包含总线、环形、网状和星型拓扑。
连接到 LAN 的一些网络设备将受到限制。
如果添加的设备超过规定的数量，网络可能会失败。

LAN 的优点

与 WAN 和 MAN 相比，它提供了更高的运行速度。
安装和维护成本较低，易于安装和维护。
它完美地满足了特定组织（如办公室、学校等）的需求。
它可以是布线、无线或两者的组合。
它比其他网络更安全，因为它是一个小型设置，易于维护。

LAN 的主要功能

文件共享：它允许您在 LAN 内的计算机之间共享或传输文件。例如，在银行中，它可以用于将包含客户交易详细信息的文件的服务器发送到客户端。
打印机共享：它还允许共享打印机、文件服务器等。例如，通过 LAN 连接的十台计算机可以使用一个打印机、文件服务器、传真机等。
计算能力共享：它允许客户端访问服务器的计算能力，例如应用程序服务器，因为 LAN 中的客户端上运行的某些应用程序可能需要更高的计算能力。
邮件和消息相关服务：它允许在 LAN 的计算机之间发送和接收邮件。您需要一个邮件服务器才能实现此目的。
数据库服务：它还允许通过数据库服务器存储和检索数据。

城域网 (MAN)

MAN 是一种高速网络，覆盖大片地理区域，如大都市或城镇。它通过路由器和本地电话交换线连接局域网来设置。它可以由私营公司运营，也可以是本地电话公司等公司提供的服务。

MAN 非常适合希望共享数据或信息的大片区域的人们。它通过高速载波或传输介质（如铜缆、光纤和微波）提供快速通信。MAN 的常用协议包括 X.25、帧中继、异步传输模式 (ATM)、xDSL（数字用户线）、ISDN（综合业务数字网）、ADSL（非对称数字用户线）等。

MAN 覆盖的区域比 LAN 大，但比 WAN 小。其网络范围从 5 到 50 公里。此外，它还提供用于将 LAN 连接到 WAN 和互联网的上行链路。一个组织可以使用 MAN 来连接其位于全市不同办事处的 LAN。

MAN 的例子

有线电视网络
提供高速 DSL 线路的电话服务提供商
IEEE 802.16 或 WiMAX
城市中连接的消防站
城市中连接的学校分支机构

MAN 的特性

MAN 的规模在 5 公里到 50 公里之间。
MAN 的范围从校园到整个城市。
MAN 由用户组或网络提供商维护和管理。
用户可以通过 MAN 实现区域资源的共享。
数据传输速率可以是中等到高

MAN 的优点

成本较低：设置 MAN 并将其连接到 WAN 的成本较低。
高速：数据传输速度比 WAN 快。
本地电子邮件：可以快速发送本地电子邮件。
访问互联网：它允许您共享您的互联网连接，因此多个用户可以访问高速互联网。
易于设置：通过连接多个 LAN，您可以轻松设置 MAN。
高安全性：比 WAN 更安全。

广域网 (WAN)

WAN 跨越广阔的地理区域。它不局限于办公室、学校、城市或城镇，主要通过电话线、光纤或卫星链路进行设置。它主要被银行和跨国公司等大型组织用于与世界各地的分支机构和客户进行通信。尽管在结构上与 MAN 相似，但它在范围上与 MAN 不同，例如，MAN 的覆盖范围可达 50 公里，而 WAN 的覆盖范围大于 50 公里，例如 1000 公里或更多。

WAN 通过使用 TCP/IP 协议与交换机、路由器、防火墙和调制解调器等网络设备结合来工作。它不直接连接 individual 计算机，而是旨在链接 LAN 和 MAN 等小型网络以创建大型网络。互联网被认为是世界上最大的 WAN，因为它通过 ISP 连接了各种 LAN 和 MAN。

计算机通过公共网络（如电话系统、租用线路或卫星）连接到广域网。WAN 的用户不拥有网络，因为它是一个连接远程计算机系统的庞大设置。但是，他们需要订阅电信提供商提供的服务才能使用此网络。

WAN 的特性

容量更大。
我们可以通过 WAN 共享区域资源。
它们有更多的比特率错误。
传输延迟较大，因此需要更高的通信速度。

WAN 的优点

大网络范围：它跨越 2000 公里或更广的地理区域，例如从一个国家到另一个国家。
集中式数据：它允许您不同的分支机构使用您的总部服务器来检索和共享数据。因此，您无需购买电子邮件服务器、文件服务器和备份服务器等。
获取更新的文件和数据：它为需要实时服务器的公司的员工提供了一个理想的平台，以便在几秒钟内交换更新的文件。
高带宽：它提供比普通宽带连接更高带宽。因此，通过提供不间断的数据传输和通信，可以提高您公司的生产力。
工作负载分配：它有助于将您的工作负载分配到其他地点。您可以雇佣不同国家的员工，并让他们在您的办公室工作。

WAN 的例子

互联网
美国国防部
证券交易所网络
铁路票务预订系统
大型银行的自动取款机网络
卫星系统

访问：计算机网络教程

良好网络的标准

性能

性能使用传输时间和响应时间来衡量。如果网络的性能高，网络质量就会提高。

传输时间：将消息从一台设备发送到另一台设备所需的时间称为传输时间。

响应时间：从查询到响应的时间称为响应时间。

网络的整体性能取决于许多因素，包括用户数量、网络中使用的拓扑以及使用的软件和硬件。

可靠性

网络中的可靠性是指数据是否正确地交付给了授权的和预期的用户。网络的可靠性是 OSI 模型（开放系统互连）各层数据交付的重要因素之一。

安全性

网络安全涉及保护数据免受非预期用户的侵害，保护数据免受损坏和中断。网络安全可防止数据泄露和数据丢失。

网络拓扑

拓扑：它指的是网络所有节点和组件的物理布局和表示。总的来说，拓扑定义了整个网络的结构。网络拓扑分为五种类型。它们是总线拓扑、星型拓扑、环形拓扑、网状拓扑和树型拓扑。

1) 总线拓扑

在这种布局中，节点（计算机）通过接口连接器连接到一条通信线路（中央电缆），该线路沿两个方向传输消息。所有节点连接到的中央电缆是网络的骨干。它被称为总线。在这种布局中，信号在两个方向上都传输到所有机器，直到找到接收方机器。它比其他拓扑更容易设置，因为它只使用一条中央电缆来建立网络。

优点

网络配置简单。
成本较低，因为一条电缆用于连接所有节点。
总线拓扑使用同轴电缆或双绞线电缆，通过网络支持最高 10 Mbps 的速度。

缺点

由于多点通信模型，很难识别和隔离故障终端。
重新配置会影响网络并降低性能。
信号干扰是总线拓扑的另一个缺点；如果两个或多个节点同时传输消息，它们的信号会发生冲突。
单个节点故障也会导致整个网络崩溃。

2) 环形拓扑

顾名思义，在环形拓扑中，计算机连接成圆形闭环。在这种拓扑中，消息仅沿环的一个方向从一个节点传递到另一个节点，并由每个节点检查以匹配目标地址。因此，数据会一直传输，直到到达目的地。所有节点都是平等的；它们之间不存在客户端-服务器关系。由于节点呈环形排列，如果一个节点无法传输数据，通信流就会中断。

优点

由于数据包移动方便，数据传输和通信更容易。
网络的安装和重新配置很简单。
可以轻松识别和隔离链路中的错误和故障节点。
环形拓扑的可靠性更高。

缺点

由于数据传输是单向的，数据包会遍历所有节点才能到达目的地。
一个节点发生故障会导致整个网络损坏。
重新配置（添加新节点）很容易，但会降低网络的性能。
当网络包含更多站时，数据传输延迟更大。

3) 星型拓扑

在这种拓扑中，所有计算机都单独连接到一个中心节点或连接点，该节点可以是服务器、集线器、路由器或交换机。这种拓扑的优点是，如果一条电缆不起作用，只有相应的节点会受到影响，其余节点将顺利工作。一个节点发送到另一个节点的所有数据或消息都通过中心集线器。

这种拓扑易于设计和实施，并且易于向中心节点添加其他节点。这种拓扑的主要缺点是它容易在中心连接点出现瓶颈或故障，即中心节点发生故障会影响整个通信。

优点

易于安装和重新配置。
与网状拓扑相比成本较低，因为星型拓扑需要的布线更少。
易于识别和隔离故障网络和链路。
当我们添加新节点时，由于节点直接连接到集线器，因此不会中断其他节点。
使用星型拓扑，我们可以实现高数据传输速度。

缺点

如果集线器发生故障，整个网络将无法工作。
与总线拓扑相比，由于集线器的存在，星型拓扑的成本更高。
与总线拓扑和环形拓扑相比，我们使用了更多的电线。
每个节点在做出传输和处理数据包的决策时完全依赖于集线器。

4) 网状拓扑

在网状拓扑中，网络中的每个设备都通过点对点连接连接到另一个设备。连接通常称为专用连接，因为链路在两个设备之间传输数据。网状拓扑中的链接数使用以下公式计算。

军事组织使用网状拓扑来避免通信中断。

许多连接 = n * (n - 1) /2。这里，“n”代表网络中的节点数。

优点

易于传输数据。
我们可以同时从多个设备发送数据。与其它拓扑相比，网状拓扑可以处理更多流量。
如果一个链路断开或出现故障，数据可以通过其他链路在节点之间传输。因此，数据传输是可靠的，不会中断。
物理限制不会允许其他人进入并访问消息。
故障检测和隔离很容易。

缺点

用于构建网络的布线更多。
由于布线较多，安装成本与其他拓扑相比更高。
由于存在许多链接，安装和重新配置很困难。

5) 树型拓扑

树型拓扑是星型和总线拓扑的组合。节点像星型拓扑一样连接到集线器，所有星型连接的节点都放置在总线拓扑中。树型拓扑是一种混合连接。

优点

网络扩展容易。
网络被分成小的星型连接拓扑单元。树型拓扑中连接的节点更容易维护。
故障检测和纠正很容易。
如果一个星型连接的节点单元发生故障，其他部分将不受影响，网络可以与剩余的节点一起运行。

缺点

主要缺点是如果总线电缆损坏，整个拓扑将无法工作。
当节点和星型连接的拓扑数量大量增加时，拓扑的管理变得更容易。
当添加新节点时，重新配置变得困难。

计算机网络架构的类型

计算机网络架构有三种类型

1) 客户端-服务器架构

该架构由一个系统组成，该系统通过客户端请求的网络管理和交付服务和资源。在客户端-服务器架构中，网络上的每个计算机或进程都被视为客户端或服务器。服务器（如计算机）执行各种操作来满足客户端的请求。

客户端-服务器架构的主要方法如下：

最初，客户端使用支持网络的设备发送请求。
然后，网络服务器接收、同意并处理请求。
最后，服务器将回复信息发送给客户端。

客户端-服务器架构的示例包括电子邮件服务器、Web 服务器。

2) 对等架构

在对等 (P2P) 架构中，连接的计算机具有相同的能力和状态。没有中央服务器进行处理。每个对等节点都可以与其整个计算机网络共享其部分资源，如内存和处理能力。与客户端-服务器架构不同，对等网络是一种去中心化系统，文件可以在不使用中央服务器的情况下从一个系统传输到另一个系统。

3) 混合网络