电子政务理论与实务第6章

第6章电子政务的网络技术第6章电子政务的网络技术6.1网络技术基础6.2计算机网络的分类6.3TCP/IP协议思考题与习题第6章电子政务的网络技术6.1网络技术基础6.1.1计算机网络的基本概念什么是计算机网络?简单地说，计算机网络就是“计算机＋通信＋完善的网络软件”。随着计算机网络的发展，其内涵也有所不同。自从20世纪70年代计算机网络诞生以来，不同的机构和学者从不同的角度给出了不同的计算机网络的定义，例如：●计算机网络是以相互共享资源方式而连接起来，且各自具有独立功能的计算机系统的集合。●在计算机之间以传输信息为目的，连接起来的计算机系统的集合。第6章电子政务的网络技术●分布在不同地理位置、具有独立功能的多个计算机系统，用通信设备和通信线路互相连接，按照网络协议相互通信，以共享硬件、软件和信息等资源为目的的计算机系统的集合。以上第一个定义是从共享资源角度出发，着重于应用为目的；第二个定义重点描述了计算机通信网的概念；而第三个定义比较完整，它反映出计算机网络是在协议的控制下，由通信系统实现计算机之间物理上的互联，达到共享资源的目的。第6章电子政务的网络技术6.1.2计算机网络的发展计算机网络技术近年来得到了飞速的发展并对社会发展产生了重大的影响。目前，计算机网络技术作为一门新兴技术仍然处于不断发展与完善的过程之中。计算机网络的发展可以分为四个阶段：面向终端的计算机通信网阶段，早期的计算机网络阶段，标准化的计算机网络阶段以及因特网阶段。第6章电子政务的网络技术1.面向终端的计算机通信网阶段面向终端的计算机通信网的模型是终端通过通信线路连接到中心计算机上，使各个终端共享中心计算机的软硬件资源。由于有大量的终端与中心计算机相连接，就需要使用线路控制器来实现将信息从并行到串行的转换，并需要使用调制解调器实现通信双方的“模－数转换”。为了减少中心计算机处理通信的负荷，通常使用前端处理机与远程终端相连接，专门用来完成数据通信任务，使计算机能有更多的时间进行数据处理。在远程终端密集之处，可以增加一个集中器，它将多条用低速线路连接的终端集中在一起，然后再使用一条高速线路与中心计算机连接。第6章电子政务的网络技术2.早期的计算机网络阶段早期的计算机网络的模型由通信子网和资源子网组成。其中，通信子网由通信线路和有关的通信设备组成；资源子网由主机和有关的软件组成。其最大的特点是采用分组交换的方式传送信息。所谓分组交换就是将大的数据报文分解为小的、固定长度的数据段，并在每一个数据段的前面添加源地址、目的地址和通信协议等控制信息，从而构成一个“分组”。在分组的传送过程中，分组交换网的结点交换机根据分组头部的控制信息来决定传送的路径。第6章电子政务的网络技术3.标准化的计算机网络阶段计算机网络是一个十分复杂的系统，且由于各个计算机网络的体系结构不同，更增加了网络互联的难度，为此，国际标准化组织ISO(InternationalStandardsOrganization)于1984年颁布了开放系统互联基本参考模型(OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel，简记为OSI/RM)，作为计算机网络模型的一个国际标准。OSI/RM参考模型的实施，推进了计算机网络标准化的进程，使得计算机网络更加规范、有序地发展。第6章电子政务的网络技术4.因特网阶段随着计算机网络技术在全世界范围内的迅速发展，各种网络如同雨后春笋般涌现出来。小到一个企业内部的局域网，大到越洲跨洋的远程网，特别是进入20世纪90年代全球最大的计算机网络——Internet(因特网)诞生了，因特网面向全球用户提供联网服务，充分发挥了网络在通信、信息查询、客户服务等方面的巨大潜力。目前，因特网已经连接了全世界170多个国家和地区，连接着数以万计的子网和数以亿计的计算机用户。第6章电子政务的网络技术计算机网络技术及其应用今后的发展趋势大致有以下几个方面：(1)标准化。进一步制定和完善开放式网络体系结构和接口标准，使不同的软硬件平台、使用不同协议的网络可以互联并具有高度的互存性，真正做到分布处理和资源共享。(2)集成性。随着信息的可视化和多媒体化，传统的网络应用正在逐渐被图形、图像、动画和声音等新的网络应用所代替。多媒体技术、三维动画技术、虚拟现实技术、语音通信技术、视频技术等的集成，将为网络应用提供更为广阔的发展空间。第6章电子政务的网络技术(3)高性能。提供高速的传输、高效的网络协议、高品质的网络设备、高度的网络安全和优质的网络服务，使网络的传输速率从kbps级发展到Mbps乃至Gbps级，使网络协议更加适应于信息高速传输的特点，使用户更加安全、便捷地使用网络。(4)智能化。实现智能化的网络管理，如对全网的集中监控、动态管理、工作状态的自动分析、故障自动检测、合理控制业务流量等实现智能化的管理，提高网络的可靠性、有效性，并向用户提供更为方便、友好的接口和智能化的服务。(5)拓展新的应用领域。随着计算机网络技术的不断完善和因特网的迅猛发展，计算机网络将拓展大量新的应用领域，如电子政务、电子商务、远程教育、远程医疗和电子娱乐等。第6章电子政务的网络技术6.1.3计算机网络的层次结构计算机网络是一个十分复杂的系统，为了简化设计、便于应用，通常把它的功能划分为若干个层次。较高层次的功能建立在较低层次功能的基础上，并为更高层次的功能提供服务。由于各层次之间相互独立，某一层的变更不会影响整个系统，从而使网络具有良好的可扩充性。如前所述，为了使不同的网络能够实现互联，国际标准化组织(ISO)提出了一个网络体系结构模型作为国际标准，该模型称为开放系统互联(OSI/RM)。第6章电子政务的网络技术OSI/RM模型采用了分层次的概念，即将计算机网络系统的功能或向用户提供的服务划分为七个层次，每一个层次执行规定的功能，低层次通过层间接口向较高层次提供服务。相邻两层间通过层间接口进行通信，在层间接口中定义了服务请求的方式以及完成服务后返回的确认信息和动作。OSI/RM模型定义的七个层次及其功能如下：(1)物理层。该层是最底层，其功能是实现对电话线、同轴电缆等通信介质进行电气的、机械的和物理的管理，以保证信息的传输，实现两个主机间的物理通信。第6章电子政务的网络技术(2)数据链路层。该层的功能是将被传送的数据按帧结构进行格式化，并实现在传输线路上的差错控制与恢复、编址、链路管理、顺序编号以及流控制等，以保证由比特序列组成的数据流的正确传送。(3)网络层。该层的功能是使用各种通信网为通信双方建立通信路径并进行中继、路由选择管理，以满足传输层对吞吐量、延迟等性能的要求。(4)传输层。该层次的功能是向会话层提供在通信双方之间进行实际的数据传送的服务，其他还包括多点转接控制、接通管理和资源管理等。为了保证数据传送的正确性，需采用检错、纠错、恢复等手段以提高通信网的可靠性。第6章电子政务的网络技术(5)对话层。该层的功能是建立和管理进程与进程之间的连接，对进程间通信时所约定的信息传送方式、信息传输参数设置、进程间同步等对话进行管理。(6)表示层。该层的功能是实现协议转换，即确定通信进程间传送的数据结构，并把各个进程的数据结构转换为信息传输所必需的数据结构。(7)应用层。该层是最高层次，其功能是为用户提供网络管理、文件传送、事务处理等服务，并对网络终端的各种业务内容的通信功能进行管理。第6章电子政务的网络技术网络体系结构的OSI/RM参考模型如图6-1所示。每层的协议(称为同等层协议)均利用相邻的下一层协议所提供的服务功能，同时又向相邻的高层次协议提供服务。这里需要指出的是，OSI/RM仅仅是网络体系结构的一个参考模型，并不是一个具体的网络系统。在一些实际的网络产品和协议中，虽然可以找到与OSI/RM模型相对应的部分，但两者并不一定完全相同。第6章电子政务的网络技术图6-1OSI/RM参考模型应用层(ApplicationLayer)表示层(PresentationLayer)会话层(SessionLayer)传输层(TransportLayer)网络层(NetworkLayer)数据链路层(DataLinkLayer)物理层(PhysicalLayer)第6章电子政务的网络技术6.2计算机网络的分类6.2.1局域网1．局域网的定义局域网(LocalAreaNetwork，LAN)是指在一个较小的地理范围内的各种计算机网络设备互联在一起的通信网络，其目的是允许用户相互通信和共享诸如打印机和存储设备之类的计算机资源，它可以包含一个或多个子网。第6章电子政务的网络技术这是LAN的功能性定义，这种定义适用于办公环境下的LAN、工厂和研究机构中使用的LAN。LAN还有另一种技术性定义，即由特定类型的传输媒体(如电缆、光缆和无线媒体)和网络适配器(亦称为网卡)互连在一起的计算机，并受网络操作系统监控的网络系统。功能性定义和技术性定义之间的差别是很明显的：功能性定义强调的是外界行为和服务；技术性定义强调的则是构成LAN所需的物质基础和构成的方法。通过对比这两种定义，我们就能对LAN有一个全面的了解。需要注意的是，LAN适用的是无连接传输方式。第6章电子政务的网络技术LAN也参考和引用ISO的OSI/RM，结合局域网本身的特点制定了自己的具体模型和标准。局域网的参考模型通常采用IEEE802标准，它对应于OSI/RM中的最低两层。物理层用来建立物理连接；数据链路层则把数据构成帧进行传输，并实现帧顺序控制、错误控制及流控制功能。第6章电子政务的网络技术2．局域网的拓扑结构LAN的拓扑结构目前常用的是星型、总线型和环型结构。LAN涉及很多技术，最常用的有以太网(Ethernet)技术、令牌环(TokenRing)技术和FDDI(FiberDistributedDataInterface)技术。下面就简要地介绍它们。1)以太网(Ethernet)技术以太网是目前最常用的局域网之一。它是一种总线结构的局域网，如图6-2所示。它采用的标准是IEEE802.3。IEEE802.3标准提出了一种称为CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection，即带有检测冲突的载波侦听多路存取)的技术，CSMA/CD技术使用广播方法访问以太网。第6章电子政务的网络技术图6-2一个以太网总线结构示意图站点B站点D站点E站点C站点A第6章电子政务的网络技术在以太网中，CSMA/CD访问控制方法的采用，使得多台主机站点能共享一个公共的信道(多路访问)，然而，在以太网中，同一时刻只允许一个站点在以太网中发送信息。那么，以太网是如何工作的呢?以太网的工作过程为：当站点在以太网上发送信息之前，首先侦听检测以确定以太网是否是“安静”的，即网上没有进行数据传输(载波侦听)。如果有信息在传输，则等待；如果无信息在传输，该站点就发送其信息，发送信息的同时也继续监听信道(冲突检测)。如果监听到的信息和自己发送的信息不一致，则认为发生冲突(同一时刻，其他站点也在发送信息)，便停止发送过程，并执行一定的退避算法，准备重发；否则，表明已完成发送任务。第6章电子政务的网络技术以太网种类很多，有基于同轴电缆的以太网(如10BASE5：传输速率10Mb/s，基带传输，同一网段上主机间的最大距离为500m)，基于共享式集线器的以太网（如10BASE-T及快速以太网100BASE-TX、100BASE-FX、100BASE-T4），基于交换器的以太网以及千兆以太网等。千兆以太网是未来以太网发展的方向。第6章电子政务的网络技术2)令牌环(TokenRing)技术令牌环是IBM公司于20世纪80年代初开发成功的一种网络技术。之所以称为环，是因为这种网络的物理结构具有环的形状。环上有多个站逐个与环相连，相邻站之间是一种点对点的链路，它规定了三种操作速率：1Mb/s、4Mb/s和16Mb/s。令牌环技术自产生以来，长期被用于广域网和局域网。在局域网中，令牌环所遵循的标准是IEEE802.5。IEEE