[科普中国]-数据处理网络

计算机网络

所谓计算机网络，是指以相互共享资源为目的、用通信线路连接起来，并按照网络协议进行数据通信的、各自具备独立功能的计算机系统集合。

共享资源是发展计算机网络的主要目的，有了共享资源，分布在网络各地的硬件、软件与数据源便可以互通有无，分工协作，大大提高资源的利用率。为达到资源共享的目的，自然要用通信线路将分散在各地的计算机系统连接起来，彼此进行数据通信。鉴于网络中的设备、型号、结构、工作方式等不一致，通信的实现是很困难的，因此有必要制定一套互相了解、互相协调的规则和约定。这些格式、约定及应答关系，叫做网络协议。有了网络协议，国内各种资源的组织才能有条不紊，并实现统一的集中控制。可以说，网络协议是计算机网络的重要特征之一，也是建网的关键。1

主要部件组成一个网络的主要部件大体上有4类：

（1）计算机系统；

（2）各种终端设备；

（3）各类通信控制设备（如通信处理机、调制解调器、集中器以及各种接口设备）；

（4）通信线路。1

通信功能网络的通信功能大体包括4个方面：
（1）主机的通信功能。实际上是主机与数据通信网之间的接口功能，要求主机与通信网之间以最高的效率交换数据。

（2）网络交换功能。因为网络中的计算机不止一台，传送数据的途径也往往不止一条，这就需要有一种功能，确定由谁发送数据，数据发送到什么地方，用哪条途径发送到收方。

（3）终端通信功能。它是终端设备与数据通信网之间的接口。应当有适当的传送方式、数据速度、控制顺序、缓冲容量等等。

（4）网络存取功能。这是用户程序与数据通信网的接口，由主机操作系统中的软件实现，使用户程序能方便地使用各种终端设备，在网络中存取数据。1

结构形式根据其拓扑图形的不同，计算机网络有很多种结构形式，常用的如下：

（1）总线网；

（2）星形网；

（3）分层递解网；

（4）环形网；

（5）分布式网。1

传输数据为了准确、迅速而又经济地将数据从计算机网络内的任意一点转送到另一点，要求计算机之间的通信尽可能利用公共的通信线路和设备，这就需要选择有效的数据交换方法，并对传送的路径和流量进行控制。

报文交换报文交换是指通过网内若干“交换中心”，对数据进行集中和转送，以实现网内各结点及其终端之间的通信访问。采用交换方式，网内需要交换报文的各点不必直接连线，而可以通过“交换中心”传送报文，这可以大大减少网内通信线路的数目，节省投资和费用开支。报文交换实现要借助复用器与集中器的功能。

报文交换的方式分为两类：

（1）线路交换；

（2）存储交换。1

路径选择为了提高报文传输的效率和可靠性，网络内各结点应具有自动选择传送报文分组到达目的地的最优路径的能力。不同的网络具有不同的最优化标准，有的需要可靠性高，有的需要时延最短，因此路径选择的算法很多。好的路径算法，不仅要保证正确、迅速、合理地传输报文，还要适应网内结点或链路故障而引起的拓扑变化，尽量使各条通路的流量均匀，而且算法要尽可能简单，以降低网络的开支。

常用的路径选择方法有以下几种：

（1）简单的路径选择算法。这种方法不考虑或很少考虑网络拓扑结构，常用于拓扑结构不太复杂、路径选择要求不高、流量不大，或网络运行情况无法收集等某些特定情况。主要有：随机路径选择、扩散式路径选择、固定式路径选择。

（2）自适应路径选择算法。自适应路径选择算法，可以根据网络运行中不断变化的实际情况，动态地决定各结点的路径选择，以便尽可能地缩短传输延时，提高通信效率，这样的路径选择必须建立适当的数学模型或模拟模型。自适应路径选择的算法很多，其中最常用的有：最短通路法、孤立的自适应路线选择法、分布式自适应路线选择法和集中式自适应路线选择法。

（3）分层路径选择法。在结点数目众多的大型网络中，为了简化算法，可分层选择路径，即将相近结点划分成组，先选择达到结点组的路径，再在结点组中选择到达目的结点的路径。1

流量控制网络内各结点通信处理机的存储容量及链路中的传输容量总是有限的。如果网络内某部分由于过载而使到达的信息量超过正常的接收能力，无法再接收新的报文分组时，便进入了拥挤状态。这时报文在网络内的等待时间将大大增加。如果拥挤不断加剧，使通路完全堵塞，便进入了死锁阶段，这时报文分组再也无法输入或输出，为了避免拥挤和死锁现象，必须对网络内的流量进行严格的控制。

网络中的流量控制在不同的层次之间进行的，如相邻中转结点之间的流量控制，源结点与目的结点之间的流量控制，源主机进程与目的主机进程间的流量控制等等。这些控制都可以通过有层次的协议来实现。1

数据处理网络的开发对于一个组织来说，网络大体上有两部分：一是内部（局部）通信网络（通常是数字网络），用于组织内部的文字处理、电子邮政等办公室自动化业务，并与数据处理结合在一起；二是外部网络，可以传送声音、报文等，将总部与分散在各地的分部连结起来，如公司与子公司、总厂与分厂、银行业的总行与分行等等。在网络规划时，需要将它们综合起来统筹考虑。

一个好的网络，应在速度、灵活性与可靠性等方面都能满足需要。这就要求从规划、需求、设计和实施上做深入细致的工作，其大体步骤如下：

网络规划（1）确定系统的物理位置，为此要知道现有的以及设计的通信点在什么地方。对于复杂的网络，通常包括画图，用很多线条将各点联结起来。

（2）获得现有的和设计的应用系统的计划和能力。例如对于一个企业来说，要知道公司总部、分厂的位置、库存管理点、用户分布等，以便确定通信点设在什么地方。

（3）决定现在以及将来操作应用的方法，例如计算是否分散，数据、声音及信息的转换等，关键是对3~5年内各通信点应达到什么要求，要形成明确、合理的构想。

（4）识别和确定管理结构及远程通信地点。例如一个企业中分多少个管理层次，内部网络和外部网络如何配合等。

（5）确定报表要求。

（6）进行总体初步设计。1

需求分析（1）按管理点及应用点确定数据处理的方式与数量；

（2）准确详细的应用、发送时间表；

（3）技术方案的评价；

（4）评价可能的网络方案；

（5）进行网络分析，可以采用仿真技术及仿真语言来完成；

（6）确定对非常规的网络组件外包的需要；

（7）确定设计方向；

（8）确定预算和组织结构。1

网络设计（1）网络结构与通信介质的选择，调制解调器及其它设备的选择；

（2）进行技术设计；

（3）编写操作手册及程序，以帮助操作人员了解系统如何使用；

（4）准备切换计划，在新的网络完全正常工作以前，旧的网络功能必须保留；

（5）准备网络中远程通信地点的详细作业计划；

（6）安装及调试设备；

（7）准备一个网络后备与恢复的计划。1

实施阶段（1）按照地点与用途，分阶段进行实施，使网络投入运行；

（2）培训数据通信及网络的操作人员；

（3）在切换前，要尽可能地模拟实际的处理类型和数量，进行负载实验；

（4）正式切换；

（5）由于内部环境的变化，建成的网络需要修改和改建，这就回到了第一阶段，重复以上操作。1