计算机基础(下)――网络工程与数据库系统应用基础

计算机基础（下）——网络工程与数据库系统应用基础计算机网络工程网络的概念与基本原理互联网实用技术静态网页制作（学习一种网页制作工具）网站建设概论数据库系统应用基础数据库系统的概念与基本原理关系数据库数据库系统设计与实践(学习一种编程工具）软件设计技术基础本课程的内容旨在使同学们在上学期知识的基础上，进一步掌握计算机技术领域内更专业性、最流行的理论、概念、方法及工具本课程的目标计算机网络工程第一部分：网络工程概论第1章网络基本概念1.1定义网络概念用通信线路和通信设备将分布在不同地点的具有独立功能的多个计算机系统互相连接起来，在网络软件的支持下实现彼此之间的数据通信和资源共享系统四个要素：通信线路和通信设备有独立功能的计算机网络软件支持实现数据通信与资源共享1.2发展与分类计算机网络的发展远程终端联机阶段计算机网络阶段（局域网）计算机网络互联阶段（广域网、Internet）信息高速公路阶段（高速，多业务，大数据量）20世纪60年代早期面向终端的计算机网络：主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信20世纪60年代中期多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信。包括：通信子网、用户资源子网终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。20世纪70年代:ARPANET20世纪70年代:ARPANET1977年国际标准化组织(ISO)制订：开放体系互联基本参考模型（OSI）TCP/IP协议的诞生：RFC宽带综合业务数字网：信息高速公路ATM技术、ISDN、千兆以太网交互性：网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等高速、可视化1.2发展与分类分类按物理结构分：点对点、广播按覆盖范围分：局域网、广域网、城域网按使用范围分：公用网（如ChinaNet)、专用网(如CERNET)按传输介质分：有线网、无线网点对点：星型、环型、树型、完全互联型、相交环型、不规则型广播：总线型、环形、卫星网局域网：数公里，大于10M甚至1Gbps;城域网：100Km，主干速度可达到数百Mbps;广域网：几十到几千公里，带宽从1.2kbps到上百Mbps1.3协议通信协议——概念为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定，就称为网络通信协议1.3协议通信协议——如果没有协议例子：计算机A向计算机B发出信号——“你好”情况1：如果：没有应用程序（如电子邮件，QQ等）结果：则很难实用与推广情况2：如果：没有中间点的控制结果：传输无法完成你好你好1.3协议情况3：如果：没有正确的路径选择结果：则无法保证传给指定对象情况4：如果：没有差错与流量控制结果：无法保证传输正确信息，或发生延迟你好你好你好你好泥好泥号1.3协议其它情况：如果：没有信息转换（加密、压缩、转换等）结果：无法保证正常传输（安全、格式等）你好你好堵塞1.3协议通信协议——协议分层分层的目的：将要解决的问题分解成具有以下特点的多个部分，然后分别处理，从而解决整个问题。(1)相对独立(2)相互链接(3)无内部耦合注；协议分层的思想是解决其它复杂问题的普遍思路OSI开放系统互联模型：一种协议分层的规范模式物理层：传输介质（比特）——指传输介质数据链路层：差错、流量控制——情况4网络层：路径选择——情况3传输层：端到端传输——情况2会话层：会话管理，传输同步表示层：信息转换——其它情况应用层：应用程序——情况11.3协议协议分析发送方接收方应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层数据数据AP0数据数据数据数据数据AP0AP1AP0AP0AP1AP2AP1AP2AP3AP0AP1AP2AP3AP4AP0AP1AP2AP3AP4AP5AP0AP1AP2AP3AP4AP51.3协议协议分层的优点1。各层相对独立，各层不必关心其它层的具体实现，只需知道上下层接口2。任何一层发生修改，只要接口关系不变，其它层均不受影响3。结构分层，各层都可独立实现4。各层向下单向依赖，易于实现和维护1.4网络软件网络软件操作系统：Unix，Netware，WindowsNT，Linux应用支撑软件：网络数据库，网络开发工具，中间件等应用软件：电子邮件，IE，QQ，网络游戏第2章通信领域常见概念首先让我们先来看一个利用电话系统来通信的模型：问题：一个n比特的信号是被同时传输出去，还是一个比特一个比特传输的呢？一条线路上可以同时传输几路信号呢？从信源到信宿既有模拟通信又有数字通信，信号有时如何转换的呢？等等。一个电话通信系统集成了很多的通信技术，我们分以下一步一步阐述2.1数据通信系统概述现代数据通信系统实际上是一个计算机网络，由数据传输系统和数据处理系统两部分组成。通信系统模型：数据通信的基本概念：信息数据信号：分连续信号与离散信号；随机信号与确定信号噪声信道：如电话线、光纤等信号带宽与信道带宽信息源发信机传输介质收信机受信者噪声源信息源发信机传输介质收信机受信者噪声源信号（Signal）信号是数据的电子或电磁编码。模拟（Analog）数据模拟数据以某个区间内连续值的形式出现。数字（Digital）数据数字数据以离散值的形式出现模拟信号模拟信号是连续变化的电磁波，它可以在各种媒体上传输与频率有关。数字信号数字信号是一串相继的电压脉冲，它能在导线上传播。速率：单位时间的信息量带宽：最大传输能力单位：波特（模拟信号），比特（数字信号）模拟数据通信与数字数据通信在传输介质上传输的信号有两种形式：模拟信号与数字信号信息源数据也有两种形式：模拟数据与数字数据传输形式有四种：模拟数据到模拟信号；模拟数据到数字信号；数字数据到模拟信号；数字数据到数字信号；思考题：有两台计算机需要通过电话线进行互连，请画出其通信模型。计算机计算机MODEMMODEM电话线模拟信号：连续变化（如声音），由电流与电压的变化传输数字信号：离散信号，借助电信号的状态来表示通信方式一）串行传输与并行传输串行传输:数据在一个信道上一位一位依次传输。数据线数目与与传输数据无关特点：1.通信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。2.在发送端和接收端需要并/串转换和串/并转换。3.需要实施同步措施，以确保不产生错字。通信方式（2）串行传输与并行传输并行传输:数据在多个信道上同时传输。数据线数目与与传输数据相同并可能多一校验线特点：1.不需要对传输代码进行时序转换2.需要数据线数目多。3.传输速率高。通信方式（3）通信操作方式根据信号传输方向与时间的关系，可以分为：方式单工方式半双工方式全双工方式描述只支持数据的单向流动。支持数据双向分时流动，线路只有一条，两个方向须分时使用信道。支持数据双向同时流动，线路有两条或四条。2.2数据传输技术2.2.1数据编码技术模拟数据到模拟信号无须编码，其他几种形式编码技术：1)数字数据的数字信号编码为什么要编码？数字数据为二进制数(0或1)，数字信号为高电平或低电平进行传输，所以需要将二进制数转换为高电平或低电平。1.全宽单极码脉冲（最简单，容易理解）2.全宽单极码脉冲3.不归零翻转编码：以是否翻转表明0或者14.曼彻斯特编码：5.差分曼彻斯特编码：数据编码技术2)数字数据的模拟信号编码幅移键控（ASK）频移键控（FSK）相移键控（PSK）2.2.2异步传输与同步传输串行通信分为异步传输与同步传输两种。1)异步传输：以字符为单位的数据传输方法：每字符都要加起始位与停止位发送端与接收端必须采用相同的速率、相同的设置2)同步传输：以数据块为单位的数据传输方法：每数据块都要加同步字符或比特序列•面向字符的同步传输•面向位流的同步传输2.2.3多路复用技术多路复用的定义:多路复用是指把若干个彼此无关的信号合并为一个复合信号，并在一条共用信道上进行传输。（1）频分多路复用多路复用器连接许多低速线路，在一条速度较高的线路上传输。在频率上把要传输的几路信息合在一起，形成一个合成的信号后进行传输。信道的可用频率带宽被分成几个互不交叠的频段，每路信号占据一个频段。频分复用的主要问题是各路信号之间容易产生相互干扰（称为串扰）。引取串扰的主要原因是信号频谱间的相互交叉和信号被调制后由于调制系统的非线性而带来的已调信号的频谱展宽。这种已调信号的频谱展宽之后也易发生相互交叉而令信号失真和无法解调接收。因此，使用频分复用技术一是要求复用频谱之间有足够大的保护间隔，二是要求调制系统具有很高的线性滤波功能，这就带来设备造价问题。一般应用于模拟信号如语音信号，计算机网络系统一般不使用频分复用。应用：广播电视、电缆电视、数字数据传输（需要将数字信号转换为模拟信号）（2）时分多路复用适用于数字技术采用分时技术，每路分配一个时隙。如果某路终端装置无字符发送，则多路复用器发送一个空字符，以保持序列顺序。较早的Internet网大多使用T1/E1（1.544Mbps/2.048Mbps)或T3/E3(45Mbps/34Mbps)速率的传输信道,广大计算机用户通过相应的连接设备共享这些信道.分类电路交换报文交换分组交换原理当你或你的计算机发出一个电话呼叫时，电话系统中的交换设备在你的电话与接收者的电话之间找出一条实际的“铜线”（包括光纤和无线）通路。这种技术叫做电路交换。电话交换分电路建立、通话、拆除电路这样几个过程。信息以报文为单位，在交换装置控制下先存入缓冲存储器中并进行一些必要的处理，当指定的输出线空闲时，再将数据转发出去。分组交换与报文交换类似，并不在发送方和接收方之间提前建立实际的铜线连接，而是采用存储转发的方式。只是这里交换的单位为报文分组，即是将长的报文分成若干个报文组。报文分组要进行编号，但并不一定按顺序抵达。分类电路交换报文交换分组交换优缺点优点：信息延时短，并且固定不变；适用于连续、大批量的数据传输。缺点：有呼损；不同速率和不同电码之间的用户不能进行交换；效率低。优点：信道可以进行复用且需要时才分配信道，效率高；不同速率和电码之间可以联接；无呼损。缺点：延时长；对中继结点存储容量要求较高优点：转发延时短；数据传输灵活（每个分组可按不同路径不同顺序到达）；转发差错少；缺点：在目的结点要对分组进行重组，增加了复杂性。实例电话系统电报因特网上机作业(1)熟悉机房的网络环境，找出如下内容，仔细观察并与网络概念对比网卡，网络连接线（双绞线），网络软件（6个以上并分类）在北大的网站上寻找北大校园网的内容并回答(1)北大校园网的主干网是什么类型？(2)你宿舍的网络是如何连接到计算中心的？(3)北大的拨号上网用户是如何连接到计算中心的？实践练习(1)在你的计算机上寻找网络上其它的计算机并试图与之联系(2)建立可以被网上其它计算机共享的目录，设置共享权限，并通过网络拷贝文件(3)利用某种工具发送邮件，并考虑这与(2)中的数据传输方式有什么不同之处？