如前所述，网络可以抽象成由节点和链路组成的平面拓扑结构。
为了保证物理元素间正常地通信，使网络协调地工作，必须使元素之间遵守
约定的规程和规则。这些规程和规则就是协议。
这一节介绍节点、链路和协议的基本概念。
１．２．１　网络节点
在复杂的网络中进行数据传输，从源节点往往要经过多个中间节点才能传
送到目的节点。中间节点大致有４种：端节点、中继节点、交换节点和路由节点。
１．端节点
端节点是进行数据处理的节点。在计算机网络中，这些节点应当具有两种
功能：数据处理和通信。图１．３是两个端节点通过网络通信的示意图。其中：
数据终端设备ＤＴＥ（ＤａｔａＴｅｒｍｉｎａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）为具有一定数据处理能力的发
送、接收设备，如计算机或各种终端设备；
数据通信设备ＤＣＥ（ＤａｔａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）为通信接口设备，在ＤＴＥ
与通信网之间提供信号变换及编码功能，并负责建立、维护和释放物理连接，如
波形变换器、基带传输器、调制解调器等。
图１．３　端节点结构
２．中继节点
信号在介质中传输时，随着传输距离的增加，幅度将会逐渐衰减，波形将会
产生失真。中继器（Ｒｅｐｅａｔｅｒ）用于同类网络介质之间的互连，起到信号再生、放
大作用。再生就是通过对失真的但仍可以辨认的波形的分析，重新生成原来的
波形；放大就是将信号衰减了的幅度加以恢复。通过再生和放大能够使网络传
输的距离范围得以扩大。图１．４简单地说明了中继器的基本工作原理。
· ７ · 第１章　计算机网络概述
图１．４　中继器的工作原理
中继有一通一的中继和一通多的中继。图１．４所示就是一通一的中继。而
集线器（Ｈｕｂ）就是一通多的中继器，或称多端口的中继器。Ｈｕｂ所连接的各条链
路之间的信号具有共享性，一个端口的输入信号，经整形、放大后可以转发到其
他所有连接的链路或网段上，形成星型结构。目前Ｈｕｂ主要用于在星型结构的
中央节点上连接多条无屏蔽双绞线，当某条线路或节点有故障时，可以简单地卸
掉，不扩大故障范围，不影响其他节点的正常工作，便于维护。Ｈｕｂ按其配置形
式分，有独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器三种；按其端口分，有８端
口、１６端口、２４端口等几类；按其传输速率分，有１０Ｍｂ／ｓ、１００Ｍｂ／ｓ和１０／１００
Ｍｂ／ｓ集线器等几种。
应当强调的是，经过集线器的信号都是重新整理过后再传送出去。不同的
通信介质有不同的中继器，例如微波中继器、卫星中继器、用于同轴电缆的双口
中继器（连接两段同轴电缆）和多口中继器（用于扩展３个或３个以上网段）以及
用于多条双绞线连接的集线器等。
３．交换节点
一个通信过程往往要经过多条链路之间的转接才能实现。转接由交换
（Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）节点实现。如在图１．５中，节点Ａ到节点Ｂ之间的通信，要经过中间
节点Ｃ、Ｄ的转接。简单地说，交换节点的功能是将一条链路上送来的数据有选
择地转送到另外的一条链路上。复杂拓扑结构网络中的通信信道就是经过多个
中间节点的转发—连接而实现的。
图１．５　通过交换节点连接的通信
４．路由节点
路由节点是一种特殊的节点。它位于网络之间，起连接网络的作用，属于所
· ８ · 第１篇　计算机网络组成原理
连接的网络共有。如图１．６所示，节点Ｒ１连接了网络Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ，节点Ｒ２连接
了网络Ｃ、Ｅ，节点Ｒ３连接了网络Ｄ、Ｅ。正是由于路由节点，才使互联网得以形
成。如果把每个网络看成一个通路———链路，那么路由节点的分布就形成了互
联网络的拓扑结构或框架。
图１．６　用路由节点连接网络
路由器的网络连接功能主要体现在它能为到达的数据选择到达目的节点的
路由。这就是路由节点称为路由器（Ｒｏｕｔｅｒ）的原因。
通过第２篇的介绍读者将会知道，网络是按照层次结构设计和建造的，不同
级别的功能被分布在不同的层次中实现。路由和交换虽然具有相似之处，但是
是在不同的层次中实现的。从这点上讲，它们的概念有所不用。
１．２．２　传输链路
传输链路是网络中连接两个节点的直接信息通路，简称链路（Ｌｉｎｋ）。数据
在计算机网络中传输，往往要经过多条链路一段一段地传输。中间可能经过中
继节点，也可能经过交换节点。
链路可能是物理的，也可能是逻辑的。采用多路复用技术可以把一条物理
链路划分成多条逻辑链路。
通信介质就是搭载信号的传输媒介，是链路的物理基础。通信信号是１０
４
～
１０
１６
Ｈｚ频率范围内的电磁波。它们的基本传播途径有两种：
�有线传输———在有限空间内传输；
�无线传输———在自由空间中传输。
通信介质分为硬介质（双绞线电缆、同轴电缆、光缆等）和软介质（即空间介
质，如微波通信、卫星通信、红外通信等）。表１．１列出了几种通信介质的性能比
较。
· ９ · 第１章　计算机网络概述
表１．１　几种通信介质的性能比较
性能
通信介质
双绞线
同轴电缆
（基带）
同轴电缆
（宽带）
光纤 地面微波 卫星
带宽（Ｈｚ） ＜１Ｇ ＜１００Ｍ ＜３００Ｍ ＜３００Ｇ ０．３～３００Ｇ５００Ｍ
距离（ｋｍ） ＜０．３ ＜２．５ ＜１００ １００ ４０～５０ 不受限制
抗强电干扰性 较差 高 高 极高 差 差
安装难易程度 易 中 中 较难 易 易
布局多样性 好 较好 较好 中 好 好
保密性 一般 好 好 极好 差 差
经济性 低 较低 较低 较高 中 较高
时延 小 小 小 小 小 大
１．２．３　协议
除了节点和链路这样两种物理元素外，网络还有一种非物理的元素———协
议。
１．协议及其内涵
凡是两个以上的对象或系统相互进行联系，都需要建立联系的规则或约定。
例如，在大海中用旗语通信、聋哑人用哑语交流等都需要一套约定的规则和标
准。这些为了通信或联系所制定的约定、规则和标准就被称为协议（Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）。
实际上，人类的每一种语言都是一种协议。协议存在于任何通信过程中，它包含
了所传输信息的格式（语法）、语义和定时（传输顺序）三个方面的约束。
（１）语法。语法是关于信息格式的规定。可以说，在计算机网络中传输的
信号是一些二进制数字流，为了让系统能够识别这些数字流，需要将信息按一定
的格式进行组织和传输。例如，一个数据分组有多长、具体划分为几个字段等。
两个不同的网络互连，即当一个数据分组被转换为数字信号以后从一个网络进
入另一个网络时，必须进行数据格式的转换，这就需要根据两种网络协议的规定
进行数据的分割与组装。
（２）语义。在计算机网络中，传输的数据有用户信息和控制命令两种。语
义用来规定命令和应答的含义。
（３）定时。命令和应答需要一定的次序关系。定时用于规定命令、应答和
状态变化的顺序和时间要求。
２．协议的基本功能
在计算机网络中，协议的目的是确保通信过程顺利、安全、可靠地进行，因此
· ０ １ · 第１篇　计算机网络组成原理
它的基本功能有以下几点：
（１）分割与组装。在通信网络中，为了提高传输效率以及克服传输能力的
限制，在发送端要将报文分割成一些适合网络传输的数据包———分组，并在分组
时加上控制信息；在接收端要将数据分组重新组装成报文。
（２）规定格式和特性。规定数据格式，规定网络接口的机械、物理、功能和
规程特性等。
（３）传输服务。满足一定的性能需求，如在传输过程中要求控制数据优先
于信息数据等。不同的通信系统有不同的传输服务，例如，为了在一条线路上同
时传输多路信号，就会要求系统按适当的顺序发送和接收报文，并规定同步方式
和寻址方式等。
（４）传输控制。包括流量控制、差错控制和连接控制。流量控制用于控制
数据传输过程中发送方的发送速度和数量，解决信道上的拥塞问题；差错控制用
于减少、检测和纠正错误；连接控制用于通信实体间连接的建立或拆除。
３．协议的实现———网卡和网络操作系统
网络协议通常是由网卡和网络操作系统共同实现的。
（１）网卡
网络接口卡（ＮＩＣ，ＮｅｔｗｏｒｋＩｎｔｅｒｆａｃｅＣａｒｄ）简称网卡，又称网络适配器，该电路
板安装在计算机扩展槽中以连接计算机与网络，是网络设备（如工作站、服务器
等）与网络的通信介质进行连接服务的设备。文件服务器、工作站都需使用一块
网卡和通信介质进行连接，它主要实现网络协议中与通信相关的功能。网络正
常工作时，网卡通过通信介质的端口监视网络的状态，接收传输介质上的信号。
当网卡接收到有效的数字信号时，网卡会判断是否发给本站（是，则将数据通过
网络设备的接口传输到网络设备；否，则放弃或按原方向转发）；另一方面，要适
时将所连设备需发送的数据发送到网上，以实现网络设备间的通信。
网卡的选择应注意以下几个方面：
（ａ）网卡的速度。网卡的速度表示它接收和发送数字信号的最高速度，如
１０Ｍｂ／ｓ、１００Ｍｂ／ｓ、１０００Ｍｂ／ｓ等。普通小型共享式局域网中一般使用１０Ｍｂ／ｓ
的网卡；在交换式局域网或要传输宽带信号的网络应选用速度较快（如
１００Ｍｂ／ｓ）的网卡。
（ｂ）网卡的总线类型。目前，网卡按总线类型可分为ＩＳＡ网卡和ＰＣＩ网卡
等。ＩＳＡ网卡的数据宽度为１６位，速度一般在１０Ｍｂ／ｓ级，价格较低，多应用于
小型局域网中；ＰＣＩ网卡的数据宽度为３２位，速度有１０Ｍｂ／ｓ和１００Ｍｂ／ｓ两种。
文件服务器上所配网卡，一定要是性能良好的１６位以上的网卡。
（ｃ）网卡的接口。网卡与不同的线缆连接时，需要不同的固定接口，如与双
· １ １ · 第１章　计算机网络概述
绞线连接需有ＲＪ－４５接口，与细同轴电缆连接时需有ＢＮＣ接口，等等。
（ｄ）网卡的驱动程序。网卡上的驱动程序应与操作系统相匹配，最好具有
ＰｎＰ（即插即用）功能。
为了适应网络设计的灵活性和对系统扩充后的适应能力，早期的各种网卡
上都有多组开关或跳接线，用于网络接口参数的设置，而现在新型网卡多用无跳
线结构，采用软件设置各种参数。此外，每种网卡都有相应的驱动程序。
（２）网络操作系统
网络操作系统（ＮＯＳ，ＮｅｔｗｏｒｋＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）是网络用户与通信网络之间的
接口。最早的网络操作系统仅仅用于网络上的文件管理，随着计算机网络的发
展，网络操作系统的功能不断丰富和完善，为网上用户提供了便利的操作和管理
平台。目前市场上的几种主要ＮＯＳ为：Ｌｉｎｕｘ、ＵＮＩＸ和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司的Ｗｉｎｄｏｗｓ
ＸＰ等。