計算機網路基本結構圖

A. 計算機系統的層次結構

計算機系統的層次結構：

1、微程序設計級 ---- 第1級

該級的編程工具是微指令集，程序員用微指令編寫的微程序，由硬體直接執行。（如圖中最下一行右邊的PCWrite =1表示對PC寄存器的寫控制,詳細內容在控制器部分將詳細學習）

2、傳統機器級 ---- 第2級

該級的編程工具是計算機的機器語言指令集，程序員用機器指令編寫的程序由微程序進行解釋執行

3、操作系統級 --- 第3級

從操作系統的基本功能來看，一方面它直接管理傳統機器中的軟硬體資源，另一方面它又是傳統機器的延伸

4、匯編語言級 --- 第4級

該級的編程工具是匯編語言指令集。與第二層所採用的機器語言編程工具相比，採用匯編語言編寫程序便於理解與記憶

5、高級語言級 --- 第5級

該集的編程工具是各種高級語言如C語言等，高級語言源程序通常用編譯程序來完成高級語言翻譯後才能被底層的硬體執行

6、層次之間的關系

1）各層次之間的關系十分密切，高層是低層功能的擴展，低層是高層實現的基礎。

2）站在不同的層次觀察計算機系統，到關於計算機不同的概念。上圖第二列分別對應地給出了從高級語言、匯編語言、機器語言和微程序設計級所看到的計算機的不同編程工具。

拓展：

計算機系統指用於資料庫管理的計算機硬軟體及網路系統。資料庫系統需要大容量的主存以存放和運行操作系統、資料庫管理系統程序、應用程序以及資料庫、目錄、系統緩沖區等，而輔存則需要大容量的直接存取設備。此外，系統應具有較強的網路功能。

計算機系統的特點是能進行精確、快速的計算和判斷,而且通用性好,使用容易，還能聯成網路。①計算：一切復雜的計算，幾乎都可用計算機通過算術運算和邏輯運算來實現。②判斷：計算機有判別不同情況、選擇作不同處理的能力,故可用於管理、控制、對抗、決策、推理等領域。③存儲：計算機能存儲巨量信息。④精確：只要字長足夠，計算精度理論上不受限制。

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B. 計算機網路的組成和體系結構

一、計算機網路的基本組成

計算機網路是一個很復雜的系統，它由許多計算機軟體、硬體和通信設備組合而成。下面對一個計算機網路所需的主要部分，即伺服器、工作站、外圍設備、網路軟體作簡要介紹。

1.伺服器（Server）

在計算機網路中，伺服器是整個網路系統的核心，一般是指分散在不同地點擔負一定數據處理任務和提供資源的計算機，它為網路用戶提供服務並管理整個網路，它影響著網路的整體性能。一般在大型網路中採用大型機、中型機和小型機作為網路伺服器，可保證網路的可靠性。對於網點不多，網路通信量不大，數據安全性要求不太高的網路，可以選用高檔微機作網路伺服器。根據伺服器在網路中擔負的網路功能的不同，又可分為文件伺服器、通信伺服器和列印伺服器等。在小型區域網中，最常用的是文件伺服器。一般來說網路越大、用戶越多、伺服器負荷越大，對伺服器性能要求越高。

2.工作站（Workstation）

工作站有時也稱為「節點」或「客戶機（Client）」，是指通過網路適配器和線纜連接到網路上的計算機，是網路用戶進行信息處理的個人計算機。它和伺服器不同，伺服器是為整個網路提供服務並管理整個網路，而工作站只是一個接入網路的設備，它保持原有計算機的功能，作為獨立的計算機為用戶服務，同時又可按一定的許可權訪問伺服器，享用網路資源。

工作站通常都是普通的個人計算機，有時為了節約經費，不配軟、硬碟，稱為「無盤工作站」。

3.網路外圍設備

是指連接伺服器和工作站的一些連線或連接設備，如同軸電纜、雙絞線、光纖等傳輸介質，網卡（NIC）、中繼器（Repeater）、集線器（Hub）、交換機（Switch）、網橋（Bridge）等，又如用於廣域網的設備：數據機（Modem）、路由器（Router）、網關（Gateway）等，介面設備：T型頭、BNC連接器、終端匹配器、RJ45頭、ST頭、SC頭、FC頭等。

4.網路軟體

前面介紹的都是網路硬體設備。要想網路能很好地運行，還必須有網路軟體。

通常網路軟體包括網路操作系統（NOS）、網路協議軟體和網路通信軟體等。其中，網路操作系統是為了使計算機具備正常運行和連接上網的能力，常見的網路操作系統有UNIX、Linux、Novell Netware、Windows NT、Windows 2000 Server、Windows XP等；網路協議軟體是為了各台計算能使用統一的協議，可以看成是計算機之間相互會話使用的語言；而運用協議進行實際的通信則是由通信軟體完成的。

網路軟體功能的強弱直接影響到網路的性能，因為網路中的資源共享、相互通信、訪問控制和文件管理等都是通過網路軟體實現的。

二、計算機網路的拓撲結構

所謂計算機網路的拓撲結構是指網路中各結點（包括連接到網路中的設備、計算機）的地理分布和互連關系的幾何構形，即網路中結點的互連模式。

網路的拓撲結構影響著整個網路的設計、功能、可靠性和通信費用等指標，常見的網路拓撲結構有匯流排型、星型、環型等，通過使用路由器和交換機等互連設備，可在此基礎上構建一個更大網路。

1.匯流排型

在匯流排型結構中，將所有的入網計算機接入到一條通信傳輸線上，為防止信號反射，一般在匯流排兩端連有終端匹配器如圖6-1（a）。匯流排型結構的優點是信道利用率高，可擴充性好，結構簡單，價格便宜。當數據在匯流排上傳遞時，會不斷地「廣播」，第一節點均可收到此信息，各節點會對比數據送達的地址與自己的地址是否相同，若相同，則接收該數據，否則不必理會該數據。缺點是同一時刻只能有兩個網路結點在相互通信，網路延伸距離有限，網路容納的節點數有限。在匯流排上只要有一個結點連接出現問題，會影響整個網路運行，且不易找到故障點。

圖6-1 網路拓撲結構

2.星型

在星型結構中，以中央結點為中心，其他結點都與中央結點相連。每台計算機通過單獨的通信線路連接到中央結點，由該中央結點向目的結點傳送信息，如圖6-1（b），因此，中央結點必須有較強的功能和較高的可靠性。

在已實現的網路拓撲結構中，這是最流行的一種。跟匯流排型拓撲結構相比，它的主要的優勢是一旦某一個電纜線段被損壞了，只有連接到那個電纜段的主機才會受到影響，結構簡單，建網容易，便於管理。缺點是該拓撲是以點對點方式布線的，故所需線材較多，成本相對較高，此外中央結點易成為系統的「瓶頸」，且一旦發生故障，將導致全網癱瘓。

3.環型

在環型結構中，如圖6-1（c）所示，各網路結點連成封閉環路，數據只能是單向傳遞，每個收到數據包的結點都向它的下一結點轉發該數據包，環游一圈後由發送結點回收。當數據包經過目標結點時，目標結點根據數據包中的目標地址判斷出是自己接收，並把該數據包拷貝到自己的接收緩沖中。

環型拓撲結構的優點是：結構簡單，網路管理比較簡單，實時性強。缺點是：成本較高，可靠性差，網路擴充復雜，網路中若有任一結點發生故障都會使整個網路癱瘓。

三、計算機網路的體系結構

要弄清網路的體系結構，需先弄清網路協議是什麼。

網路協議是兩台網路上的計算機進行通信時使用的語言，是通信的規則和約定。為了在網路上傳輸數據，網路協議定義了數據應該如何被打成包、並且定義了在接收數據時接收計算機如何解包。在同一網路中的兩台計算機為了相互通信，必須運行同一協議，就如同兩個人交談時，必須採用對方聽得懂的語言和語速。

由於網路結點之間的連接可能是很復雜的，因此，為了減少協議設計的復雜性，在制定協議時，一般把復雜成分分解成一些簡單成分，再將它們復合起來，而大多數網路都按層來組織，並且規定：（1）一般是將用戶應用程序作為最高層，把物理通信線路作為最低層，將其間再分為若干層，規定每層處理的任務，也規定每層的介面標准；（2）每一層向上一層提供服務，而與再上一層不發生關系；（3）每一層可以調用下一層的服務傳輸信息，而與再下一層不發生關系。（4）相鄰兩層有明顯的介面。

除最低層可水平通信外，其他層只能垂直通信。

層和協議的集合被稱為網路的體系結構。為了幫助大家理解，我們從現實生活中的一個例子來理解網路的層次關系。假如一個只懂得法語的法國文學家和一個只懂得中文的中國文學家要進行學術交流，那麼他們可將論文翻譯成英語或某一種中間語言，然後交給各自的秘書選一種通信方式發給對方，如圖6-2所示。

圖6-2 中法文學家學術交流方式

下面介紹兩個重要的網路體系結構：OSI參考模型和TCP/IP參考模型。

1.OSI參考模型

由於世界各大型計算機廠商推出各自的網路體系結構，不同計算機廠商的設備相互通信困難。為建立更大范圍內的計算機網路，必然要解決異構網路的互連，因而國際標准化組織ISO於1977年提出「開放系統互連參考模型」，即著名的OSI（Open system interconnection/Reference Model）。它將計算機網路規定為物理層、數據鏈路層、網路層、傳輸層、會話層、表示層、應用層等七層，受到計算機界和通信界的極大關注。

2.TCP/IP參考模型

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet protocol）協議是Internet使用的通信協議，由ARPANET研究中心開發。TCP/IP是一組協議集（Internet protocol suite），而TCP、IP是該協議中最重要最普遍使用的兩個協議，所以用TCP/IP來泛指該組協議。

TCP/IP協議的體系結構被分為四層：

（1）網路介面層 是該模型的最低層，其作用是負責接收IP數據報，並通過網路發送出去，或者從網路上接收網路幀，分離IP數據報。

（2）網路層 IP協議被定義駐留在這一層中，它負責將信息從一台主機傳到指定接收的另一台主機。主要功能是：定址、打包和路由選擇。

（3）傳輸層 提供了兩個協議用於數據傳輸，即傳輸控制協議TCP和通用數據協議UDP，負責提供准確可靠和高效的數據傳送服務。

（4）應用層 位於TCP/IP最高層，為用戶提供一組常用的應用程序協議。例如：簡單郵件傳輸協議SMTP、文件傳協議FTP、遠程登錄協議Telnet、超文本傳輸協議HTTP（該協議是後來擴充的）等。隨著Internet的發展，又開發了許多實用的應用層協議。

圖6-3是TCP/IP模型和OSI模型的簡單比較：

圖6-3 TCP/IP模型和OSI模型的對比

C. 計算機網路的拓撲結構分為哪些

計算機網路的最主要的拓撲結構有匯流排型拓撲、環形拓撲、樹形拓撲、星形拓撲、混合型拓撲以及網狀拓撲。除了匯流排型、環型、星型還有樹形、混合型和網狀拓撲結構。

環形拓撲、星形拓撲、匯流排型拓撲是三個最基本的拓撲結構。在區域網中，使用最多的是星形結構。

1、匯流排型拓撲：

匯流排型拓撲是一種基於多點連接的拓撲結構，是將網路中的所有的設備通過相應的硬體介面直接連接在共同的傳輸介質上。匯流排拓撲結構使用一條所有PC都可訪問的公共通道，每台PC只要連一條線纜即可。在匯流排型拓撲結構中，所有網上微機都通過相應的硬體介面直接連在匯流排上， 任何一個結點的信息都可以沿著匯流排向兩個方向傳輸擴散，並且能被匯流排中任何一個結點所接收。

7、蜂窩拓撲結構：

蜂窩拓撲結構是無線區域網中常用的結構。

D. 計算機網路的主要拓撲結構有哪些

主要有六種：分別是星型結構、匯流排結構、樹型結構、網狀結構、蜂窩狀結構、分布式結構。
星型結構是指各工作站以星型方式連接成網。網路有中央節點，其他節點（工作站、伺服器）都與中央節點直接相連，這種結構以中央節點為中心，因此又稱為集中式網路。
環型結構由網路中若干節點通過點到點的鏈路首尾相連形成一個閉合的環，這種結構使公共傳輸電纜組成環型連接，數據在環路中沿著一個方向在各個節點間傳輸，信息從一個節點傳到另一個節點。
匯流排結構是指各工作站和伺服器均掛在一條匯流排上，各工作站地位平等，無中心節點控制，公用匯流排上的信息多以基帶形式串列傳遞，其傳遞方向總是從發送信息的節點開始向兩端擴散，如同廣播電台發射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機網路。各節點在接受信息時都進行地址檢查，看是否與自己的工作站地址相符，相符則接收網上的信息。
分布式結構的網路是將分布在不同地點的計算機通過線路互連起來的一種網路形式。
樹型結構是分級的集中控制式網路，與星型相比，它的通信線路總長度短，成本較低，節點易於擴充，尋找路徑比較方便，但除了葉節點及其相連的線路外，任一節點或其相連的線路故障都會使系統受到影響。
在網狀拓撲結構中，網路的每台設備之間均有點到點的鏈路連接，這種連接不經濟，只有每個站點都要頻繁發送信息時才使用這種方法。它的安裝也復雜，但系統可靠性高，容錯能力強。有時也稱為分布式結構。
蜂窩拓撲結構是無線區域網中常用的結構。它以無線傳輸介質（微波、衛星、紅外等）點到點和多點傳輸為特徵，是一種無線網，適用於城市網、校園網、企業網。

E. 校園網路的拓撲結構圖

結構圖如下：

由網路節點設備和通信介質構成的網路結構圖。網路拓撲定義了各內種計算機、列印機容、網路設備和其他設備的連接方式。換句話說，網路拓撲描述了線纜和網路設備的布局以及數據傳輸時所採用的路徑。網路拓撲會在很大程度上影響網路如何工作。

(5)計算機網路基本結構圖擴展閱讀

星型網路拓撲結構的一種擴充便是星行樹,如左圖所示。每個Hub與端用戶的連接仍為星型,Hub的級連而形成樹。然而,應當指出,Hub級連的個數是有限制的,並隨廠商的不同而有變化。

樹型結構是分級的集中控制式網路，與星型相比，它的通信線路總長度短，成本較低，節點易於擴充，尋找路徑比較方便，但除了葉節點及其相連的線路外，任一節點或其相連的線路故障都會使系統受到影響。

適用場合：只適用於低速、不用阻抗控制的信號，比如在沒有電源層的情況下，電源的布線就可以採用這種拓撲。

F. 計算機網路可以有多種分類，按拓撲結構分，可以分為

計算機區域網網路按拓補結構可分為星形、樹形、匯流排型、環形。

1、星形

這種結構的網路是各工作站以星形方式連接起來的，網中的每一個節點設備都以中防節為中心，通過連接線與中心 節點相連，如果一個工作站需要傳輸數據，它首先必須通過中心節點。

由於在這種結構的網路系統中，中心節點是控制中心，任意兩個節點間的通信最多隻需兩步，所以，能夠傳輸速度快，並且網路構形簡單、建網容易、便於控制和管理。但這種網路系統，網路可靠性低，網路共享能力差，並且一旦中心節點出現故障則導致全網癱瘓。

2、樹形

樹形結構網路是天然的分級結構，又被稱為分級的集中式網路。其特點是網路成本低，結構比較簡單。在網路中，任意兩個節點之間不產生迴路，每個鏈路都支持雙向傳輸，並且，網路中節點擴充方便、靈活，尋查鏈路路徑比較簡單。

但在這種結構網路系統中，除葉節點及其相連的鏈路外，任何一個工作站或鏈路產生故障會影響整個網路系統的正常運行。

3、匯流排形

匯流排形結構網路是將各個節點設備和一根匯流排相連。網路中所有的節點工作站都是通過匯流排進行信息傳輸的。作為匯流排的通信連線可以是同軸電纜、雙絞線，也可以是扁平電纜。在匯流排結構中，作為數據通信必經的匯流排的負載能量是有限度的，這是由通信媒體本身的物理性能決定的。

4、環形

環形結構是網路中各節點通過一條首尾相連的通信鏈路連接起來的一個閉合環形結構網。環形結構網路的結構也比較簡單，系統中各工作站地位相等。系統中通信設備和線路比較節省。

在網中信息設有固定方向單向流動，兩個工作站節點之間僅有一條通路，系統中無信道選擇問題；某個結點的故障將導致物理癱瘓。環網中，由於環路是封閉的，所以不便於擴充，系統響應延時長，且信息傳輸效率相對較低。

(6)計算機網路基本結構圖擴展閱讀

計算機網路的最主要的拓撲結構有匯流排型拓撲、環形拓撲、樹形拓撲、星形拓撲、混合型拓撲以及網狀拓撲。其中環形拓撲、星形拓撲、匯流排型拓撲是三個最基本的拓撲結構。在區域網中，使用最多的是星形結構。

以上四種結構的特徵分別為：

匯流排型拓撲結構是將網路中的所有設備通過相應的硬體介面直接連接到公共匯流排上，結點之間按廣播方式通信，一個結點發出的信息，匯流排上的其它結點均可「收聽」到。

星形拓撲結構的每個節點都由一條單獨的通信線路與中心節點連結。結構簡單、容易實現、便於管理，通常以集線器作為中央節點，便於維護和管理。

環形拓撲結構各結點通過通信線路組成閉合迴路，環中數據只能單向傳輸。

樹形拓撲結構的結點按層次連結，信息交換主要在上下結點之間進行，相鄰結點或同層結點之間一般不進行數據交換。