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西安大略大学CS补习|计算机网络的关键组件、类型

作者:海马 发布时间:2023-10-16 15:15

计算机网络是连接两台或多台计算机设备以传输和共享信息的系统。计算机设备包括从移动电话到服务器的所有设备。这些设备通过光缆等物理电线连接,但也可以是无线的。

第一个功能性网络名为 ARPANET,创建于 20 世纪 60 年代末,由美国国防部资助。在计算机体积庞大、难以携带的年代,政府研究人员通过该网络交换信息。如今,我们已经从这种基本的联网方式取得了长足的进步。当今世界围绕着互联网展开,这是一个连接全球数十亿台设备的网络。各种规模的组织都使用网络连接员工的设备和共享资源(如打印机)。

城市交通监控系统就是大规模计算机网络的一个例子。这些系统向官员和紧急服务部门通报交通流量和事故情况。更简单的例子是使用协作软件(如 Google Drive)与远程工作的同事共享文档。每当我们通过视频通话、视频流、共享文件、即时通讯聊天或简单地访问互联网上的内容时,计算机网络都在工作。

计算机网络是计算机科学的一个分支,涉及计算机网络的设计、架构、创建、维护和安全。它是计算机科学、计算机工程和电信的结合。
西安大略大学

一、计算机网络的基本组成部分

一般来说,计算机网络由两个主要部分组成:节点或网络设备和连接。连接用于连接两个或多个节点。通过这些连接传输信息的方式由通信协议决定。通信端点,即建立连接的设备,通常称为端口。

1.网络设备

网络设备或节点是必须连接起来才能形成网络的计算设备。网络设备包括

计算机、手机和其他用户设备:这些是用户可以直接和频繁访问的终端设备。例如,电子邮件是从笔记本电脑或手机上的电子邮件应用程序发送的。

服务器:这些是应用程序或数据仓库服务器,在这些服务器上进行基本计算和数据存储。所有执行特定任务或检索数据的请求都会转到服务器。

路由器:路由是为数据包选择网络路径的过程。路由器是在网络之间转发数据包,使其最终到达目的地的设备。它们能提高大型网络的效率。

交换机:中继器就像电力网络中的变压器:它们是接收网络信号并将其净化或放大的电子设备。集线器是具有多个端口的中继器。它们向所有可用端口传输数据。网桥是更智能的集线器,只向目的端口传输数据。交换机是具有多个端口的网桥。交换机可包含多条数据线,以便与多个网络设备通信。

网关:网关是充当两个不同网络之间 "网关 "的硬件设备。它们可以是防火墙、路由器或服务器。

2.链接

通信线路是数据传输介质,有两种类型:

有线: 网络中使用的有线技术包括同轴电缆、电话线、双绞线和光纤。光纤传输代表数据的光脉冲。

无线通信: 也可使用无线电或其他电磁信号建立网络连接。这种传输方式称为 "无线"。无线连接的常见例子包括通信卫星、蜂窝网络、无线电和扩频技术。无线局域网利用频谱技术在小范围内建立连接。

3.通讯协议

通信协议是所有参与信息传输的节点都要遵守的一套规则。一些流行的协议包括互联网协议套件(TCP/IP)、IEEE 802、以太网、无线局域网和蜂窝标准。TCP/IP 是现代网络通信标准化的概念模型。它规定了这些通信链路的四个功能层:

网络接入层: 该层定义数据的物理传输方式。它包括硬件如何通过物理电线或光纤电缆发送数据位。

互联网层:这一层负责将数据打包成可理解的数据包,并使其能够发送和接收。

传输层:这一层允许设备通过确保正确和稳定的连接来保持通话。

应用层: 这一层定义了高级应用程序如何访问网络以启动数据传输。

目前互联网的大部分结构都是基于 TCP/IP 模型,但仍受到类似的七层开放系统互连 (OSI) 模型的很大影响。

IEEE802 是 IEEE 标准的一个系列,主要针对局域网(LAN)和城域网(MAN)。无线局域网是 IEEE 802 系列中最著名的成员,通常被称为 WLAN 或 Wi-Fis。

4.网络防御

虽然节点、链路和协议是网络的基础,但现代网络不能没有安全性。当网络生成、传输和处理前所未有的海量数据时,安全就显得至关重要。网络安全工具包括防火墙、入侵检测系统 (IDS)、入侵防御系统 (IPS)、网络访问控制 (NAC)、内容过滤器、代理服务器、DDoS 保护装置和负载平衡器。

二、计算机网络的类型

计算机网络可根据传输介质、网络规模、拓扑结构和组织意图等标准进行分类。

根据地理范围的不同,不同类型的网络分为:

1.纳米级网络:这些网络允许小型传感器和执行器之间进行通信。

2.个人区域网络(PAN):PAN 是指个人用于连接各种设备(如带有扫描仪的笔记本电脑等)的网络。

3.局域网(LAN):局域网连接有限地理区域内的设备,如学校、医院或办公楼。

4.存储区域网络 (SAN):SAN 是一种允许数据块存储的专用网络。它用于磁盘阵列和磁带库等存储设备。

5.园区网(CAN):园区网是相互连接的局域网的集合。大学和公共行政部门等大型机构都使用这种网络。

6.城域网(MAN):城域网是覆盖整个城市的大型计算机网络。

7.广域网(WAN):广域网覆盖更大的区域,如大城市、州甚至国家。

8.企业专用网络 (EPN):企业专用网络是大型组织用来连接其众多分支机构的单一网络。

9.虚拟专用网络(VPN):VPN 是覆盖在公共网络之上的专用网络。

10.云网络:从技术角度讲,云网络是一种广域网,其基础设施由云服务提供。

根据组织的意图,网络可分为以下几类:

1.内联网:内联网是由单一实体维护和管理的网络集合。它通常是最安全的网络类型,只有经授权的用户才能访问。内联网通常位于本地网络的路由器后面。

2.互联网:互联网(或互联网络)是由路由器和多层网络软件连接起来的多个网络的集合。它是一个连接政府、研究人员、企业、公众和个人计算机网络的全球性系统。

3.外联网:外联网与内联网类似,但与特定的外部网络连接。它通常用于与合作伙伴、客户或外部员工共享资源。

4.暗网:暗网是在互联网上运行的叠加网络,只能通过专用软件访问。它使用独特的定制通信协议。

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