I2ComputingU4组网及互联网.

专业导论——计算机科学概论AnIntroductiontoComputingUnit4组网及互联网第0讲计算机简史第1讲数据存储第2讲数据操控第3讲操作系统第4讲组网及互联网第5讲算法第6讲程序设计语言第7讲学科知识体系与专业学习专业导论八讲第4讲组网及互联网4.1网络基础4.2因特网4.3万维网4.4因特网协议4.5安全性计算机网络的定义计算机网络就是利用通信线路和设备，将分散在不同地点、并具有独立功能的多个计算机系统互连起来，按照网络协议，在功能完善的网络软件支持下，实现资源共享和信息交换的系统。4.1网络基础-什么是计算机网络?计算机网络示意图4.1网络基础按覆盖范围分类:局域网（LAN）城域网（MAN）广域网局域网（LAN）：一般限定在较小的区域内，小于10km的范围，通常采用有线的方式连接起来。4.1.1网络分类4.1网络基础城域网（MAN）：规模局限在一座城市的范围内，10～100km的区域。4.1.1网络分类4.1网络基础广域网：网络跨越国界、洲界，甚至全球范围，典型代表是internet网。4.1.1网络分类4.1.1网络分类网络类型范围传输速度成本局域网4km内，同一栋建筑物内快便宜城域网4-20km，同一城市内中等昂贵广域网20km以上，可跨越国家慢昂贵广域网、城域网、接入网以及局域网的关系：城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……4.1网络基础按网络内部运行方式分类开放式网络：按公共领域的方法设计封闭式网络基于特定实体所拥有并掌握的创新方法4.1.1网络分类网络拓扑是网络形状。网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来主要结构有星型结构、总线型结构。网络分类续总线型星型所有的节点都连接到一条电缆上。缺点:故障诊断较困难。网络有中央节点，与其他节点都相连。优点：控制简单、故障诊断容易、容易在网络中增加新的站点。缺点：中心节点负担较重。集线器服务器服务器工作站工作站工作站工作站工作站打印机打印机服务器服务器工作站工作站打印机打印机工作站工作站工作站工作站工作站环型网状计算机网络功能信息交换资源共享计算机的可靠性和可用性得到提高分布式处理什么是计算机网络?传真E-mail语音信息系统视频会议系统IP电话网络寻呼共享资源在线服务：网上购物；家庭银行；投资；旅行预定；Internet访问应用实例4.1.2协议协议（protocol）计算机网络中为进行数据传输而建立的一系列规则、标准或约定。网络协议通常由语义、语法和定时关系三部分组成。语义定义做什么，语法定义怎么做，而定时关系定义何时做。例：控制报文传输带碰撞检测的载波侦听多址访问协议工作原理是:(1)发送数据前先侦听信道是否空闲,若空闲，则立即发送数据。若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；(2)若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突。(3)若侦听到冲突,则立即停止发送数据，等待一段随机时间,再重新尝试。其原理简单总结为：先听后发，边发边听，冲突停发，随机延迟后重发补充：计算机网络的通信介质类型有线介质双绞线同轴电缆光纤无线电微波卫星通讯无线介质传输介质双绞线5类双绞线是目前网络布线的主流。超5类及6类双绞线主要用于的千兆网上，现在也普遍用于局域网。同轴电缆同轴电缆用于总线型网络拓扑中。而目前同轴电缆大多已被光纤取代。但有线电视和某些局域网还有使用。计算机网络的通信介质光纤光纤采用非常细的石英玻璃纤维作为纤芯，外涂一层低折射率的包层和保护层。高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射微波微波是一种重要的无线传输介质。数字微波设备所接收与传送的是数字信号，有较好的通信品质。4.1.3网络互连中继器（repeater）网桥（bridge）交换机（switch）将两条总线连接成一条总线,仅在最初的两条总线之间传递信号。类似中继器，但不必在线路上传输所有的报文，更加高效。具有多连接的网桥，可以连接若干条总线。连接现存的网络以形成一个扩展的通信系统，形成相同类型的更大的网络。集线器：也称为HUB，它只是一个信号放大和中转的设备，有一个端口与主干网相连，并有多个端口连接一组工作站。集线器的基本功能是信号分发，把一个端口接收的信号向所有端口分发出去。因而容易形成数据堵塞。网桥：具有单个的输入端口和输出端口的设备，它像一个聪明的集线器，将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它与中继器的不同之处是它能够解析收发的数据，并能指导如何把这些数据传送到目的地。网桥属于OSI模型的数据链路层设备。同一网段不转发不同网段网桥转发不同网段网桥转发例如如果网段上有四台计算机A、B、C、D，那么A与B通信的同时，C和D只能被动收听。假如将网段分开，A、B在一段上，C、D在另一段上，那么A和B通信的同时，C和D也可以通信。同时，为了确保这两个网段可以互相通信，需要用桥将它们连接起来，桥可以是装有两块网卡的计算机构成。极限情况是每一台计算机处在一个独立的网段上，如果网络上有十台计算机，就需要一个十端口的桥将它们连接起来。但实现这样一个桥不太现实，于是有了交换机。不同网段网桥转发不同网段网桥转发不同网段网桥转发同一网段不转发交换机：交换机又叫智能集线器或多端口网桥，它的每一个端口都扮演一个网桥的角色，即数据在转发过程中具有过滤作用，它能将每一信息包独立地从源端口送至指定网卡地址的目的端口，避免了和其它端口发生碰撞，一个端口工作时不会影响到其它端口的传输，功能优于集线器。它属于OSI模型的数据链路层设备，主要用于局域网内部各端口间的数据交换。交换机的最基本功能和应用就是集中连接网络设备（如服务器、工作站、路由器、网络打印机等），共同构成星形网络。路由器：主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信。在互联网络环境下，信息从一个网络传到另一个网络时，有一个选择最佳路径进行通信的问题，这个最佳路径由路由器提供。路由器属于OSI模型的网络层设备。4.1.4进程间通信进程间通信（interprocesscommunication）网络中，不同的进程之间互相通信，以便协调行动，完成指派的任务。客户机/服务器模型（client/server）对等模型（peertopeer,P2P）客户机/服务器模型客户机客户机客户机客户机服务器对等模型对等体对等体4.1.5分布式系统分布式系统（distributedsystem）由在网络中不同计算机上作为进程执行的软件单元组成。EnterpriseJavaBeans.NETFramework集群计算（clustercomputing）网格计算（gridcomputing）云计算（cloudcomputing）4.2因特网因特网（Internet）互联网中最著名的例子。是一个全球的、开放的信息互连网络，它在全球范围内将成千上万个计算机网络互连在一起，因此又被称为网络的网络或网络的集合最初的工作大部分由美国政府资助并通过美国国防部高级研究计划署发起的。现在很大程度上已经商业化。使用TCP/IP协议4.2.1因特网体系结构因特网服务提供商（ISP）临时连接通过临时的电话线链接永久连接高带宽系统：DSL、有线电缆、卫星连接等4.2.2因特网编址IP地址（32位）网络标识符：标识该计算机所在的域主机地址：标识该域中这台计算机IP地址的表示方法点分十进制记法域名名字服务器域名系统IP地址是指互联网协议地址（英语：InternetProtocolAddress，又译为网际协议地址），是IPAddress的缩写。IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。0网络号A类.nnn.nnn.nnn10网络号.nnn.nnn110网络号.nnn1110多播地址1111预留未用B类C类D类E类IP地址长32bit，它包含五类不同的互联网地址格式：IP地址nnn.nnn.nnn.nnn4段，取值0～255将32bit的IP地址平均分成4段，每8bit一段，然后将每一段二进制转换相应的十进制，写成四个十进制的整数，并用小圆点隔开。例如：202.116.160.41(华农地址)11001010011101001010000000101001主机号C类网网络号IP地址4.2.2因特网编址域（domain）因特网可以看做是一组域。每个域由一个网络或者一个较小的互联网组成。每个域是一个自治的系统。域通过网关（gateway）与已有的因特网相连。从单个域的角度看，位于网关外面的那部分因特网称为云（cloud）。因特网赋名和编号公司用于协调域的命名及网址分配，非盈利机构。域名:为方便记忆而为计算机进行命名。域名系统DNS:完成域名向IP地址的转换。是由若干个域名服务器程序完成的。域名202.116.128.6国际组织(如北大西洋公约组织).MIL军事部门.COM商业机构.NET网络中心.ORG社会组织、专业协会因特网的名字空间comnetorgedugovmilcoopbizinfoaerointcnuk…hkjsshbjorgnetgoveducomac…pkufudansjtutsinghua…树根cctvibmhpmot…顶级域名二级域名三级域名mailep四级域名mailcsnetl……seu电子邮件(E-mail)文件传输(FTP)远程登录(TELNET)VoIP（VoiceoverInternetProtocol）因特网广播4.2.3因特网应用E-mail发送方使用SMTP协议接收方使用POP3协议POP3接收方SMTP发送方发送邮件服务器接收邮件服务器信箱信箱IBMRS/6000IBMRS/6000Internet电子邮件收发示意[e-mail]@[e-mail]向[e-mail]发送邮件电子邮件的发送和接收过程邮件缓存接收端邮件服务器用户代理发送端邮件服务器用户代理接收方用户代理用户代理邮件服务器邮件服务器发送方SMTP(发送邮件)SMTP(发送邮件)(TCP连接)SMTPSMTP（发送邮件）(发送邮件)(TCP连接)因特网1.发信人调用用户代理来编辑要发送的邮件。用户代理用SMTP邮件传输协议把邮件传送给发送端邮件服务器。发送端邮件服务器将邮件放入邮件缓存队列中，等待发送。用户邮箱POP3POP3(读取邮件)(读取邮件)(TCP连接)2运行在发送端邮件服务器的SMTP客户进程，发现在邮件缓存中有待发送的邮件，就向运行在接收端邮件服务器的SMTP服务器进程发起TCP连接的建立。SMTP客户进程开始向远程的SMTP服务器进程发送邮件。待发送邮件发完后，就关闭所建立的TCP连接。SMTP服务器进程收到邮件后，将邮件放入收信人的用户邮箱中，等待收信人在方便时进行读取。3.收信人在打算收信时，调用用户代理，使用POP3（或IMAP）协议将自己的邮件从接收端邮件服务器的用户邮箱中的取回（如果邮箱中有来信的话）。文件传输协议FTP（FileTransferProtocol）文件传输处理过程远程登录Telnet通过远程登录，本地计算机便能与网络上另一远程计算机取得“联系”，并进行程序交互。进行远程登录的用户叫做本地用户，本地用户登录进入的系统叫做远地系统。SSH：SecureShell，专为远程登录会话和其他网络服务提供安全性的协议VoIP（VoiceoverInternetProtocol）将模拟信号（Voice）数字化，以数