基本概念
計算機通信網將若干台具有獨立功能的計算機通過通信設備及傳輸媒體互連起來，在通信軟體的支持下，實現計算機間的信息傳輸與交換的系統，稱之為計算機通信網。計算機通信網設計通信與計算機兩個領域，計算機與通信的結合是計算機通信網產生的主要條件。一方面，通信網路為計算機之間的數據傳送和交換提供了必要手段；另一方面，計算機技術的發展滲透到通信技術中，又提高了通信網的各種功能。當然，這兩個方面的進展離不開人類在微電子技術上的輝煌成就。
形成與發展
計算機通信網 第一代計算機通信網1.第一代計算機通信網：
第一代計算機通信網是面向終端的計算機通信網。 計算機與通信的結合是在1954年。人們將遠程終端通過電話線路與計算機相連，以實現相互傳遞數據信息。由於當初計算機是成批處理信息而設計的，所以為了實現計算機與遠程終端的通信，在計算機上需增加一個接口，即線路控制器。線路控制器的主要功能是串、並變換以及簡單的差錯控制。早期的線路控制器只能和一條通信線路相連，隨著遠程終端數量的增多，為了避免一台計算機使用多個線路控制器，在20世紀60年代初期，出現了多重線路控制器，它可以和許多個遠程終端相連線。
右圖中數據機的作用是吧計算機或終端產生的數據信號變換成可以在電話線路上傳輸的模擬信號以及完成相反的變換。圖中所示的在線上系統稱為面向終端的計算機通信網，即第一代計算機通信網。這種面向終端的計算機通信網的網路結構是以單個主機為中心的星形網，如右圖：在這種結構中，各個終端通過通信線路共享主機硬體和軟體資源。
計算機通信網 分組交換方式的原理圖2.第二代計算機通信網
第二代計算機通信網是以通信子網為中心的計算機通信網。這裡所謂的通信子網就是分組交換。傳統的電路交換技術不適合計算機數據的傳輸，計算機通信網採用的交換方式大都是分組交換。分組交換：是為了適應計算機通信網的要求而發展起來的。分組交換是一種存儲-轉發交換方式，即將到達交換機的數據先送到存儲器暫時存儲和處理，等到相應的輸出電路有空閒時再送出。
分組交換方式的原理如右圖：分組交換的示意圖中交換節點ABCDE以及連線這些節點的鏈路AB AC BD BE CD DE 等組成了分組交換網，即稱為通信子網。圖中通信子網以外的H1--H5 都是一些獨立的並且可以進行通信的計算機，即主機。這些主機和終端構成了用戶資源子網。用戶不僅共享通信子網的資源，而且還可以共享用戶資源子網的硬體和軟體資源。
分組交換以分組為單位進行交換和傳輸。由於分組平均長度固定且具有統一的格式，便於在交換機中存儲和處理。數據分組進入交換機後只在主存儲器中停留很短時間進行排隊和處理，一旦確定了新的路由，就輸出到下一個交換機或者用戶終端。可見分組交換的主要任務是負責分組存儲、轉發以及選擇合適的路由，另外，分組交換機還具備差錯控制和流量控制等功能。分組交換具有線路利用率高、可靠性好、不同類型的終端可以互相通信的優點，所以計算機通信網採用分組交換。當然，分組交換也有一些缺點：一是傳輸時延較大；二是各個分組必須攜帶的控制信息使得分組的開銷較大；再就是分組交換技術實現複雜。
計算機通信網 分組交換3.第三代計算機通信網
第三代計算機通信網是體系結構標準化的計算機通信網。
計算機通信網是個非常複雜的系統，計算機之間互相通信涉及許多複雜的技術問題，為了設計這樣一個複雜的系統，早在最初的ARPANET的設計時就提出了分層的方法。所謂分層就是將完成計算機通信全過程的所有功能劃分成若干個層，每一層對應一些獨立的功能。這樣，就可以將龐大的複雜的問題轉化為若干個較小的局部問題，而這些較小的局部問題就比較容易研究和處理。
1974年美國IBM公司公布了 它研製的系統網路體系結構。不久，各種不同的網路體系結構相繼出現。
體系結構出現後，對同一體系結構的網路設備互聯非常容易，但對於不同體系結構的網路設備卻很難實現互聯，然而社會的發展要求不同體系結構的計算機都能互聯。以滿足不同體系結構的用戶互相交換信息的需求。為此，國際標準化組織於1977年成立了專門機構研究該問題。在研究分析了現在的各種網路體系結構後，不久，該機構就提出了著名的開放系統互連參考模型，只是一個能使各種計算機在世界範圍內互連成網的標準框架。從此，計算機通信網走上了標準化的軌道。我們把體系結構標準化的計算機通信網稱為第三代計算機通信網。
4.第四代計算機通信網
隨著全球範圍內計算機通信的需求的日益增長，20世紀80年代末期美國開始發展Internet，而進入20世紀90年代計算機網路已經稱為Internet時代。
Internet的概念：Internet是全球最大的，開放的，由眾多網路互連而成的計算機網際網路，或者說是網路的網路。網際網路意味著全世界採用統一的網路互連協定，即採用TCP/IP協定的計算機都能互相通信，所以說，Internet是基於TCP/IP協定的網間網。
Internet的發展：Internet的發展大致經歷了3個階段。
1.Internet發展的第一階段是從單個的分組交換網ARPANET 向網際網路發展的過程。1969年美國國防部創建了ARPANET網，它是一個單個的分組交換網，但隨後其規模一直增長很快，而且人們逐漸認識到了網路互連的重要性，並開始研究網路互聯技術。1983年TCP/IP協定稱為ARPANET的標準協定，在ARPANET的基礎上，採用網路互聯技術和TCP/IP協定，1983--1984年便形成了Internet。
計算機通信網 3級結構的Internet2.Internet發展的第二階段是由美國國家科學基金會在1986年建成了3級結構的Internet，稱為國家科學基金網。整個網路分為主幹網、地區網和校園網。如左圖所示。
計算機通信網3.Internet發展的第三階段從1993年開始，若干個商用的網際網路主幹網逐漸代替了美國政府資助的NSFNET，這種主幹網是由網際網路服務提供者經營的，所以也叫服務提供者網路。如左圖： 顯示了Internet一般可以分為一下5個接入級。網路接入點（NAP)，國家主幹網（主幹ISP），地區ISP，本地ISP，校園網、企業網或者PC機上網用戶。
組成
計算機通信網的組成【用戶資源子網】用戶資源子網由主機、終端及中斷控制器等組成，負責全網的數據處理業務，向網路用戶提供各種網路資源與網路服務。
主機：主機可以是大型機、中型機、小型機、工作站或微機。主機是用戶資源子網的主要組成單元，它通過一條高速通信線路與通信子網的某一節點相連。主機主要負責數據處理，為各個終端用戶訪問網路其他主機設備、共享資源提供服務。普通用戶終端可以通過主機入網。
終端和終端控制器：終端可以是簡單的出入、輸出終端，也可以是帶有微處理機的智慧型終端。智慧型終端除具有輸入、輸出信息的功能外，本身還具有存儲與處理信息的能力。終端可以通過主機連入網內，也可以通過終端控制器等連入網內。終端控制器為一組終端提供控制，從而減少了對這些終端的功能要求，因此也就減少了終端的成本。終端控制器提供的功能包括對有關鏈路的控制以及各級終端提供網路協定接口。
【通信子網】通信子網是由網路節點（即交換機）及連線它們的傳輸鏈路組成，負責主機或終端之間的數據信息傳輸與交換。網路節點：計算機通信網的網路節點一般由小型機或微型機配置通信控制硬體和軟體組成。網路節點具有雙重作用，它一方面作為與用戶資源子網的主機、終端的接口節點，將主機的終端連入網內，提供諸如信息的接收和傳送以及信息傳輸狀態的監視等功能；另一方面它又作為通信子網中的分組儲存-轉發節點，完成分組的接收、檢驗、儲存和轉發功能，實現源主機的信息準確的傳送到目的主機的作用。
傳輸鏈路：傳輸鏈路是指用於傳輸數據的通信信道，這些鏈路的容量可以從幾十比特每秒到幾百兆比特每秒，甚至更高。傳輸鏈路可以是雙絞線、同軸電纜、光纖、微波以及衛星通信信道等。為了提供更寬的寬頻或為了提高網路的可靠性，有時可在一對相鄰節點間使用多條鏈路。
主要任務
計算機通信網計算機通信網的任務歸納起來一般有以下幾點
1.數據傳輸。既提供網路用戶間，各個處理器間以及用戶與處理器間的通信，這是計算機通信的基本功能。
2.提供資源共享。包括計算機資源共享以及通信資源共享。計算機資源主要指的是計算機的硬體、軟體和數據資源。資源共享功能使得網路用戶可以克服地理位置的差異性，共享網路中的計算機資源，以達到提高硬體，軟體的利用率以及充分利用信息資源的目的。
3.提高系統的可靠性。計算機通信網可以通過檢錯、重發以及多重鏈路等手段來提高網路的可靠性。
4.能進行分散式處理。分散式計算機通信網路可以將原本集中於一個大型計算機的許多處理功能分散到不同的計算機上進行分布處理。一方面可以減輕價格昂貴的主處理器的負擔，使主機和鏈路的成本減低；另一方面，分布處理也可以提高網路的可靠性。
5.對分散對象提供實時集中控制與管理功能。在某些場合下，要求對地理上分散的系統提供幾種控制，另外計算機通信網還可以對整個網路進行集中管理以及集中對網路資源進行分配。
6.節省硬體、軟體設備開銷。對不同類型的設備及軟體提供兼容，可以充分發揮這些硬體、軟體的作用。
分類
計算機通信網【按照網路覆蓋範圍分類】按照網路覆蓋範圍可以分為：廣域網、城域網、區域網路。廣域網（ wide area network）在一個廣泛範圍內建立的計算機通信網。廣泛的範圍是指地理範圍而言，可以超越一個城市，一個國家甚至及於全球。因此對通信的要求高、複雜性也高。廣域網簡稱WAN。在實際套用中，廣域網可與區域網路(LAN)互連，即區域網路可以是廣域網的一個終端系統。組織廣域網，必須按照一定的網路體系結構和相應的協定進行，以實現不同系統的互連和相互協同工作。
城域網(Metropolitan Area Network)是在一個城市範圍內所建立的計算機通信網，簡稱MAN。它的傳輸媒介主要採用光纜，傳輸速率在l00兆比特/秒以上。MAN的一個重要用途是用作骨幹網，通過它將位於同--城市內不同地點的主機、資料庫，以及LAN等互相聯接起來，這與WAN的作用有相似之處，但兩者在實現方法與性能上有很大差別。MAN不僅用於計算機通信，同時可用於傳輸話音、圖像等信息，成為一種綜合利用的通信網，但屬於計算機通信網的範疇，不同於綜合業務通信網(ISDN)。
區域網路，或稱LAN（Local Area Network），即計算機局部區域網，它是在一個局部的地理範圍內（通常網路連線的範圍以100公尺為限），將各種計算機、外圍設備、資料庫等互相連線起來組成的計算機通信網，簡稱LAN。區域網路是計算機通信網的一個重要組成部分，除完成一站對另一站的通信外，還通過共享的通信媒體如數據通信網或專用數據電路，與遠方的區域網路、資料庫或處理中心相連，構成一個大範圍的信息處理系統，其用途主要在於數據通信與資源共享。其構成組件可為PC工作站、網路適配卡、同軸線路、網路作業系統及檔案伺服器等。LAN網路系統能傳送數據 (Data)、影像 (Image) 及語音 (Voice)。
【按照網路所有權的性質分類】按照網路所有權的性質可以分為：公用網和專用網。
公用網也稱公眾網，是國家電信部門組建的網路。網路內的傳輸和轉接裝置可以提供任何部門使用，可以連線眾多計算機和終端。專用網：是某個部門為本單位的特殊業務工作的需要而建造的網路，這種網路不向本單位以外的人提供服務，即不允許其他部門和單位使用。例如：軍隊、電力、鐵路等專用網。
按照網路拓撲結構分類集中式網路又稱星形網。在一個集中式網路里，所有的信息流必須經過中央處理設備，鏈路都從中心節點向外輻射，這箇中心節點的可靠性基本上決定整個網路的可靠性。
分散式網路式集中式網路的擴展，它是星形網和格狀網的混合物，分散式網路的可靠性比集中式網路有所提高。
分散式網路是格狀網，其中任何一個節點至少和其他兩個節點直接相連。分散式網路的可靠性是最高的。
主要設計問題
【對計算機通信網的基本要求】在進行計算機通信網的拓撲設計時，要求如下：
1.連通性。所謂連通性是網內任意兩個用戶可以互通信息。有兩個因素可以會影響連通性：一是如果網路設備容量有限，業務量超過容量時就會出現設備全部被占而不能連通的情況；二是網路設備出現故障無法連同的情況。前者屬於容量與業務量的矛盾，要合理解決。後者屬於可靠性，這是另一個基本要求。
2.可靠性。可靠性是指通信網的信道和設備不易出現故障，即使某些設備或信道出現故障時，有備用設備和信道可以利用或迂迴。
3.快速通信。計算機通信網大多採用分組交換。分組在交換機中要排隊等待，交換機要對分組處理，這需要時間，另外，分組在傳輸的過程中也有傳輸時延等。總之，分組在計算機通信網中的傳輸和交換時，有一定的時延，我們希望這些時延儘量小，以保證快速通信。
4.高質量。高質量是指網中所傳信息的信噪比大、誤碼率低。
5.靈活性。計算機通信網的建設投資極大，通常是根據需要逐步投資擴建的。因此計算機通信網應具有新用戶進網，提供新業務、與其他網聯網和不斷擴容的靈活性。
6.經濟合理性。在計算機通信網的設計中要綜合考慮可靠性及經濟性指標，以求達到一個合理標準。
【網路拓撲設計的基本概念】
網路拓撲設計的概念以及必要性：網路拓撲設計問題是指：在給定各個交換節點和終端位置的情況下，通過選擇合適的通路，併合理的分配線路的容量和流量，以保證一定的可靠性，時延及吞吐量，同時使整個網路的成本最低。可見，在網路拓撲設計中經常遇到的問題是可靠性、時延、吞吐量和費用。網路拓撲設計是建設計算機通信網路的第一步，也是實現各種網路協定的基礎。網路拓撲設計的好壞對整個網路的性能和經濟性都有重大影響。如路由選擇、信息流量控制以及其他的一些設計問題都在相當程度上有賴於網路的拓撲設計。網路節點的位置、鏈路的連線方式以及鏈路容量直接決定了信息通過網路的傳輸時間。網路節點間的鏈路數量、路徑的不同等影響著網路的聯考型。
網路拓撲設計的方法： 由於計算機通信網路的拓撲十分複雜，要直接對整個網路的拓撲進行設計，以得出最佳是十分困難的。目前一般採用的方法是將整個網路劃分為若干個相對獨立的子網，然後用近似的方法，對簡化了的子網進行拓撲設計、最佳化求解。
計算機通信網
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