数据结构分析及算法研究一．数据结构概述当今时代是一个以信息技术（Information Technology,简称IT）为代表的知识经济时代，计算机技术和信息科技的发展更是日新月异，从各个方面影响和改变着我们的生活，而其中的计算机网络技术的发展更为迅速，已经渗透到了我们生活的各个方面，人们已经离不开计算机网络，并且随着因特网的迅速普及，给我们的学习与生活条件带来更大的方便，我们与外部世界的联系将更加的紧密和快速。

随着人们对于信息资源共享以及信息交流的迫切需求，促使网络技术的产生和快速发展，计算机网络的产生和使用为人类信息文明的发展带来了革命性的变化。

随着计算机网络管理功能的强化，计算机硬件技术和软件技术都与网络技术融合到一起，近几年来应用程序的开发更发展到以WEB门户网站为界面，以与后台网络分布式数据库和实时交互操作的程序库，共同组成网络环境下的三层架构模式，这成了计算机应用程序开发模式的主流趋势。

本次石景山卫生局网络建设项目是以局域网为依托，架构办公自动化、信息传播、疾病控制和有关智能化系统等运行平台，为用户提供先进的办公、数据共享、信息传播和学术交流手段，实现各系统之间的信息交流和信息资源共享，实现内部局域网与Internet以及区卫生所专网的连接。

第一章计算机局域网概述系统的理解网络理论对于掌握网络技术是十分必要的，本论文中仅对于相关技术作简单的介绍，便于读者阅读。

一.计算机局域网“网络就是计算机”，计算机网络已经在企业、事业、学校、政府机关等地方成为不可缺少的工具。

对网络的进一步定义是：“至少有两个具有共享需求的个体；至少有一种方法或通路使其个体互连；至少有一种规则使两个或两个以上个体相互传信。

”个体指计算机硬件和软件、方法或通路指连接与传输媒介、规则指网络通信协议。

网络在不同的阶段有不同的含义，定义也会被修改，但几十年的变迁有一点始终不改，那就是“资源”的共享，包括软件资源、硬件资源、数据和服务资源的共享，它是组网的原始动力。

1.计算机网络的分类网络按照传输距离可以分为一下3种：1)局域网（Local Area Networks，简称LAN）。

局域网的传输距离较短一般从几米到几公里，往往用于一个单位，比如一个公司、一个政府部门等。

局域网的优点是传输速率高，往往可以达到百兆或千兆，局域网的另一个优点是传输信号质量高，误码率低，传输时延小。

2)广域网（Wide Area Networks，简称WAN）。

广域网也成为远程网，传输距离为几百公里甚至更远，一般跨城市甚至国家。

广域网往往会用多种通信介质，比如光纤、微波中继、卫星通信与电力载波等。

如何在广域网上保证网络访问的安全，是目前网络技术的关键和核心技术领域之一。

3)城域网（Metropolitan Area Network，简称MAN）。

城域网介于LAN和WAN之间，传输距离由几公里到十几公里，“城域网”可以理解为一个城市范围内的网络，事实上目前的城域网通常以高速环网为核心架构一个城市的主干高速通信网。

2.计算机网络的拓扑结构网络拓扑就是网络中计算机、缆线以及其他通信部件构成的几何布局。

计算机网络的拓扑有多种类型，并且是随着网络技术的不断发展而不断涌现与完善。

1)总线型（Bus）将各节点的设备用同一根网线连接起来，所有主机共享同一通信介质，拓扑结构如图1.1。

在总线电缆上任何一处的松动和脱离都会引起网络无法运行，且由于布线问题故障的定位及修复比较困难，维护比较困难图1.1 总线型网络拓扑结构2)星形（Star）星型拓扑网络以中央节点为中心，由中央节点与其他节点相连接组成，如图1.2所示。

中央节点机一般为集线器或交换机，除了中心节点之外的任何节点故障或节点的增减都不影响网络中的其他节点工作，从而实现了网络便于维护、便于管理的优越性。

图1.2 星型网络拓扑结构3)树形（Tree）当一台集线器或交换机的端口数量不足以连接所有的计算机或者需要联网的计算机分布比较分散，可以再串联第二级星型网络，如图1.3所示，这就是树形拓扑结构。

图1.3 树形网络拓扑结构4)环形（Ring）网络中各节点通过环路接口，链接到一条首尾相连的闭合环形通信线路中，如图1.4所示。

环网上的任何一个节点的故障都会影响整个网络传输。

图1.4 环形网络拓扑结构二.计算机网络的相关技术1.网络结构层次国际标准化组织未来连接不同设备的网络体系结构，于1984年提出开放系统互联参考模型OSI（Open System Interconnection）。

它被分成7层，这7个层次分别定义了不同的功能。

几乎所有的网络都是基于这种体系结构的模型进行改进并定义的，这些层次从上到下分别是应用层、表示层、会话层、运输层、网络层，数据链路层和物理层，其中物理层是位于体系结构的最低层，它定义了OSI 网络中的物理特性和电气特性。

OSI参考模型及工作过程如图1.5所示。

图1.5 OSI七层体系结构及数据流说明TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议和互连网协议）缩写，TCP/IP体系结构是当前应用于Internet网络中的体系结构，它是由OSI结构演变来的，它没有表示层，只有应用层、运输层，互联层和网络接口层。

2.IP地址和MAC地址2.1 IP地址1)IP地址网络地址唯一指定了每一个网络，同一网络中的每台计算机都共享相同的网络地址，并用它作为自己IP地址的一部分。

例如，在IP地址172.16.30.56中，172.16就是这个网络地址。

主机地址是在一个网络中用来标识每台计算机的，它是一个唯一的标识符。

在IP地址为172.16.30.56的这个例子中，30.56就是这个主机的地址。

IP地址分为A、B、C、D、E五类，图1.6解释了这5个网络的类别关系，表1.1说明了这几类地址的范围及掩码。

图1.6 IP地址分类IP地址范围掩码0.0.0.0-126.255.255.255 255.0.0.0128.0.0.0-191.255.255.255 255.255.0.0192.0.0.0.-223.255.255.255 255.255.255.0224.0.0.0-239.255.255.255240.0.0.0-255.255.255.255表1.1 IP地址范围2)私有IP地址私有地址可以被用于私有网络，只是它们不可以路由通过Internet，这个设计主要是为了满足广泛需要的安全目的，同时也很有效地节省了宝贵的IP地址空间，表1.2是被保留的私有IP地址列表。

表1.2 私有地址列表3)特殊IP地址在IP地址中除了定义了私有IP地址外，还定义了如下IP地址在网络通信时所表示的特殊意义，这些地址不可用于一般的IP地址配置。

0.0.0.0：表示所有网络，在路由表中指向默认网关。

255.255.255.255：在路由表中表明IP广播地址。

127.0.0.1：本地回送地址，既指向本机。

2.2 MAC 地址每块网卡出厂时，就被赋予唯一的物理地址作为标识，这样的物理地址称为MAC 地址。

MAC 地址由6个字节组成，用16进制数表示，6个字节中前3个为制造网卡厂商的标识，后3个字节为网卡序列号，因此每一个网卡的MAC 地址在全球是独一无二的。

3. 网络协议网络协议是通信双方共同遵守的约定和规范，网络设备必须安装或设置各种网络协议之后才能完成数据的传输和发送，在校园局域网上用到的协议主要有，ICP/IP 协议、IPX/SPX 协议等。

3.1 TCP/IP 协议TCP/IP 协议是目前在网络中应用得最广泛的协议，ICP/IP 实际上是一个关于Internet 的标准，并随着的Internet 广泛应用而风靡全球，它也成为局域网的首选协议。

TCP/IP 是一种分层协议，它共被分为个4层次，大约包含近期100个非专有协议，通过这些协议，可以高效和可靠地实现计算机系统之间的互连。

TCP/IP 协议中的核心协议有TCP （传输控制协议）、UDP （用户数据报协议）和IP （因特网协议）。

TCP/IP 协议组模型如图1.7：TCP/IP protocol suite图1.7 TCP/IP 协议组1) TCP 协议TCP 协议可以在网络用户启动的软件应用进程之间建立通信会话，并实现数据流量控制和错误检测，这样就可以在不可靠的网络上提供可靠的端到端数据传输。

UDP 协议是一种无连接的协议，它在传输数据之前不建立连接，也不提供良好的可靠性和差错检查，只仅仅依赖于校验来保证可靠性。

UDP 不进行流量控制，没有序列或者确认，因此它处理和传输数据的速度快，还被用来传输关键的网络状态消息。

2)IP协议IP协议的基本功能是提供数据传输、数据包编址、数据包路由，分段等。

通过IP编址约定，可以成功地将数据通过路由传输到正确的网络或者子网。

每个网络站点具有一个32位的IP地址，它和48位MAC地址一起协作，完成网络通信，IP协议也是一种无连接的协议。

3)Telnet协议Telnet协议允许一个用户在远程客户端采用虚拟终端的方式访问另一台机器上的资源。

4)FTP协议文件传输协议(FTP)实际上就是传输文件的协议，它可以应用在任意两台主机之间，它不仅仅是一个协议，它同时也是一个程序。

FTP允许执行对目录和文件的访问，并且可以完成特定类型的目录操作，例如将文件重新定位到不同的目录中。

5)SMTP协议简单邮件传输协议(wsmtp)对应于我们普遍使用的被称为E-mail的应用，它描述了邮件投递中的假脱机、排列及方法。

SMTP用来发送邮件，POP3用来接收邮件。

6)DNS协议域名解析服务(DNS)将计算机域名与其IP地址一一对应，从而建立起具有严密逻辑关系的域名服务系统，就是把人工输入的计算机网络和主机的名字翻译为IP地址，然后利用网络软件根据IP地址实线各种网络功能。

7)DHCP协议动态主机配置协议（DHCP）可以为接入网络的客户计算机动态分配IP地址，它可以工作在小型甚至超大型网络环境中，并使得对这些网络的管理和操作更为简单、更为容易。

4.IEEE局域网系列标准IEEE802系列标准是由美国电子和电器工程师学会（IEEE）制定的，这个标准的大部分内容已经成为计算机网络技术的国际标准。

随着局域网技术的发展，IEEE802系列标准在不断的扩大和发展，目前已经定义并发布如下标准。

IEEE802.1标准：定义了局域网体系结构和网络互联，网络管理和性能测量。

IEEE802.2标准：定义了OSI的数据链路层的两个子层的功能。

IEEE802.3标准：定义了CDMA/CD总线MAC子层和物理层规范。

IEEE802.4标准：定义了令牌总线MAC子层和物理层规范。