第4章 计算机通信与网络

2019/8/151第4章计算机通信与网络4.1计算机网络概述4.2Internet概述4.3网页浏览与信息搜索4.4电子邮件4.5文件传输FTP2019/8/1524.1计算机网络基础•4.1.1计算机网络的定义•4.1.2计算机网络的演变和发展•4.1.3计算机网络的体系结构•4.1.4计算机网络的拓扑结构及分类•4.1.5传输介质及网络设备•4.1.6计算机网络的功能及应用2019/8/1534．1．1计算机网络的定义计算机网络就是利用通信设备和通信线路将地理位置不同、功能独立的多个计算机系统互连起来，以功能完善的网络软件（即网络通信协议、信息交换方式、网络操作系统等）实现网络中资源共享和信息传递的系统，其逻辑结构如图4-1。2019/8/1544.1.1计算机网络的定义图4-1典型的计算机网络逻辑结构图2019/8/1554.1.1计算机网络的定义•1．资源子网由主机、终端、终端控制器、连网外设、各种软件资源与信息资源组成。资源子网负责全网的数据处理业务，向网络用户提供各种网络资源与网络服务。2019/8/1564.1.1计算机网络的定义•终端/终端控制器：终端是直接面向用户的交互设备，可以是由键盘和显示器组成的简单的终端，也可以是微型计算机系统。•连网外设：网络中的一些共享设备，如大型的硬盘机、高速打印机、大型绘图仪等。2019/8/1574.1.1计算机网络的定义•2．通信子网通信子网由通信控制处理机CCP、通信线路与其它通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务。•通信控制处理机：又被称为网络节点。主机完成分组的接收、校验、存储、转发等功能，实现将源主机报文准确发送到目的主机的作用。2019/8/1584.1.1计算机网络的定义•通信线路：计算机网络采用了多种通信线路，如双绞线、同轴电缆、光纤、无线通信信道、微波与卫星通信信道等。•信号转换设备：对信号进行变换以适应不同传输媒体的要求。2019/8/1594.1.1计算机网络的定义•3．计算机网络的软件•网络协议软件：实现网络协议功能，比如TCP/IP、IPX/SPX等。•网络通信软件：用于实现网络中各种设备之间进行通信的软件。•网络操作系统：实现系统资源共享，管理用户的应用程序对不同资源的访问。典型的操作系统有WindowsNT、Netware、UNIX等。•网络管理软件和网络应用软件：网管软件是用来对网络资源进行管理，对网络进行维护的软件。网络应用软件是为网络用户提供服务的，是网络用户在网络上解决实际问题的软件。2019/8/15104.1.2计算机网络的演变和发展计算机网络发展主要经历了三个阶段：面向终端的网络；计算机－计算机网络；开放式标准化网络。•1．面向终端的计算机网络以单个计算机为中心的远程联机系统，构成面向终端的计算机网络。用一台中央主机连接大量的地理上处于分散位置的终端。如50年代初美国的SAGE系统。2019/8/15114.1.2计算机网络的演变和发展•2．计算机－计算机网络60年代中期，出现了多台计算机互连的系统，开创了“计算机－计算机”通信时代，并有多个处理中心，实现资源共享。美国的ARPA网，IBM的SNA网，DEC的DNA网都是成功的典例。这个时期的网络产品是相对独立的，没有统一的标准。2019/8/15124.1.2计算机网络的演变和发展•3．开放式标准化网络由于相对独立的网络产品难以实现互连，国际标准化组织ISO(InternationStandardsOrganization)于1984年颁布了一个称为“开放系统互连参考模型”的国际标准ISO7498，简称OSI/RM，即著名的OSI七层模型。从此，网络产品有了统一标准，促进了企业的竞争，大大加速了计算机网络的发展。2019/8/15134.1.3计算机网络的体系结构•1．协议参考模型协议参考模型由若干个功能模块组成，这些功能模块彼此独立又相互关联，协同完成计算机之间的数据通信任务。根据每个模块完成任务的逻辑顺序，这些模块被按照一种层次结构进行描述。一般来讲，在发送数据时，高层结构模块的功能被先执行；在接收数据时，低层结构模块的功能被先执行。每一层的模块执行一组相关的功能，这些功能为计算机网络协议的制定提供了参考规范。2019/8/15144.1.3计算机网络的体系结构具有代表性计算机网络协议参考模型是国际标准化组织（InternationalStandardOrganization，ISO）制定的开放系统互联参考模型(OpenSystemInterconnectionReferenceModel，OSIRM。常简记为OSI)，如图6-2。2019/8/15154.1.3计算机网络的体系结构图6-2开放系统互联参考模型2019/8/15164.1.3计算机网络的体系结构•2．OSI参考模型各层的功能•⑴物理层：实现比特流的透明传输，为数据链路层提供数据传输服务，物理层的数据传输单元是比特。•⑵数据链路层：传输以“帧”为单位的数据包，采用差错控制与流量控制方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。2019/8/15174.1.3计算机网络的体系结构•⑶网络层：选择最适当的路径，为数据在结点之间传输创建逻辑链路，实现拥塞控制、网络互连等功能。•⑷传输层：向用户提供可靠端到端（end-to-end）服务；处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题，传输层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，是计算机通信体系结构中关键的一层。•⑸会话层：负责维护两个结点之间传输链接，确保点到点传输不中断，管理数据交换。2019/8/15184.1.3计算机网络的体系结构•⑹表示层：用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，数据格式变换，数据加密与解密，数据压缩与恢复。•⑺应用层：应用层需要识别并保证通信对方的可用性，使得协同工作的应用程序之间的同步，建立传输错误纠正与保证数据完整性的控制机制2019/8/15194.1.4计算机网络的拓扑结构及分类•1．计算机网络的拓扑结构网络中计算机及互连设备的连接形式和方法被称为网络的拓扑结构。主要有如下几种(如图4-3)：•⑴总线型拓扑结构：总线型拓扑通过一根传输线路将网络中所有结点连接起来，这根线路称为总线。网络中各结点都通过总线进行通信，在同一时刻只能允许一对结点占用总线通信。总线型拓扑简单，易实现，易维护，易扩充，但故障检测比较困难。2019/8/15204.1.4计算机网络的拓扑结构及分类•⑵星型拓扑结构：星型拓扑中各结点都与中心结点连接，呈辐射状排列在中心结点周围。网络中任意两个结点的通信都要通过中心结点转接。单个结点的故障不会影响到网络的其它部分，但中心结点的故障会导致整个网络的瘫痪。•⑶环型拓扑结构：环型拓扑中各结点首尾相连形成一个闭合的环，环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输。环型拓扑的抗故障性能好，但网络中的任意一个结点或一条传输介质出现故障都将导致整个网络的故障。2019/8/15214.1.4计算机网络的拓扑结构及分类⑷树型拓扑结构：树型拓扑由总线型拓扑演变而来，其结构图看上去象一棵倒立的树。树顶端的结点叫根结点，任一个结点发送信息时，根结点接收该信息并向全树广播。树型拓扑易于扩展与故障隔离，但对根结点依赖性太大。2019/8/1522总线型环型树型星型4.1.4计算机网络的拓扑结构及分类图6-3计算机网络拓朴结构2019/8/15234.1.4计算机网络的拓扑结构及分类•2．计算机网络的分类计算机网络种类繁多，按照不同的分类标准，可以有多种分类方法。如：按网络规模和覆盖范围分为局域网、城域网、广域网；按网络拓扑结构分为环型网、星型网、总线型网、树型网等；按通信介质；按信号频带；按速率；按通信传播方式。2019/8/15244.1.5传输介质及网络设备•1．传输介质网络传输介质是网络中发送方与接收方之间的物理通路，它对网络的数据通信具有一定的影响。常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输媒介。•⑴双绞线：双绞线简称TP，由两根绝缘导线相互缠绕而成，将一对或多对双绞线放置在一个保护套便成了双绞线电缆。双绞线既可用于传输模拟信号，又可用于传输数字信号。2019/8/15254.1.5传输介质及网络设备•⑵同轴电缆：同轴电缆由绕在同一轴线上的两个导体组成。具有抗干扰能力强，连接简单等特点，信息传输速度可达每秒几百兆位，是中、高档局域网的首选传输介质。2019/8/15264.1.5传输介质及网络设备•⑶光纤：光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和能吸收光线的外壳组成。具有不受外界电磁场的影响，无限制的带宽等特点，可以实现每秒几十兆位的数据传送，尺寸小、重量轻，数据可传送几百千米，但价格昂贵，光纤需用ST型头连接器连接。•⑷无线传输媒介：无线传输媒介包括：无线电波、微波、红外线等。2019/8/15272．网络设备⑴网卡：网卡是应用最广泛的一种网络设备，网卡的全名为NetworkInterfaceCard（网络接口卡，简称网卡），它是连接计算机与网络的硬件设备，是局域网最基本的组成部分之一。网卡主要处理网络传输介质上的信号，并在网络媒介和PC之间交换数据，向网络发送数据、控制数据、接受并转换数据的作用，它有两个主要功能：一是读入由网络设备传输过来的数据包，经过拆包，将它变为计算机可以识别的数据，并将数据传输到所需设备中；二是将计算机发送的数据，打包后输送至其它网络设备。4.1.5传输介质及网络设备2019/8/1528⑵调制解调器Modem：调制解调器是一种信号转换装置，用于将计算机通过电话线路连接上网，并实现数字信号和模拟信号之间的转换。调制用于将计算机的数字数据转换成模拟信号输送出去，解调则将接收到的模拟信号还原成数字数据交计算机存储或处理。调制解调器分外置式和内置式两种，外置式通过电话线与计算机的一个串行口相联，内置式插接在主板上，不占用串行口。4.1.5传输介质及网络设备2019/8/1529⑶中继器Repeater：中继器是互联网中的连接设备，它的作用是将收到的信号放大后输出，既实现了计算机之间的连接，又扩充了媒介的有效长度。⑷集线器Hub：集线器的英文名称就是我们通常见到的“HUB”，英文“HUB”是“中心”意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。4.1.5传输介质及网络设备2019/8/1530⑸网桥Bridge：用来将两个相同类型的局域网连接在一起，有选择地将信号从一段媒介传向另一段媒介。4.1.5传输介质及网络设备2019/8/1531⑹路由器：处于OSI参考模型的网络层，有智能化管理网络能力，能在复杂的网络中自动进行路径选择和对信息进行存储与转发，具有比网桥更强大的处理能力。⑺网关：用于实现不同体系结构网络之间的互连。它工作在OSI参考模型的传输层及其以上的层次，是网络层以上的互联设备的总称，它支持不同的协议之间的转换，实现不同协议网络之间的通信和信息共享。4.1.5传输介质及网络设备2019/8/15324.1.6计算机网络的功能及应用•1．计算机网络的功能•数据通信：现代社会信息量激增，信息交换也日益增多，每天都有大量信件要传递。利用计算机网络传递信件是一种全新的电子传递方式。电子邮件比现有的通信工具有更多的优点。2019/8/1533•资源共享：资源共享包括硬件资源的共享，如打印机、大容量磁盘等；也包括软件资源的共享，如程序、数据等。资源共享的结果是避免重复投资和劳动，从而提高了资源的利用率，使系统的整体性能价格比得到改善。4.1.6计算机网络的功能及应用2019/8/15344.1.6计算机网络的功能及应用•可靠性：可以存放在多个地点，使得用户可以通过多种途径来访问这些资源，从而避免了单点失效对用户产生的影响。•提高系统处理能力：单机的处理能力是有限的，计算机之间的忙闲程度是不均匀的。从理论上讲，在同一网内的多台计算机可通过协同操作和并行处理来提高整个系统的处理能力，并使网内各计