第6章运算机网络技术应用基础Word下载.docx
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网络的分类方法
网络的基本应用
教学思想
在教学中,首先强调计算机网络在信息社会中的作用地位;
在介绍计算机网络的发展过程时,应与网络的形成背景知识相结合,以有利于加深对网络概念的理解。
什么是计算机网络,至今仍没有严格的定义,但我们可以认为计算机网络是把分布在不同地点,并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来,在功能完善的网络软件和协议的管理下,以实现网络中资源共享为目标的系统。
计算机网络从20世纪60年代开始发展至今,其发展经历了四个阶段:
远程联机系统阶段、互联网络阶段、标准化网络阶段、网络互联与高速网络阶段。
1.远程联机阶段
这一个阶段可以追溯到20世纪50年代。
由一台大型计算机充当主机(Host),与若干台远程终端(Terminal)通过通信线路连接起来。
构成面向终端的“计算机网络”。
2.互联网络阶段
1969年美国国防部高级研究计划暑(AdvancedResearchProjectsAgency,ARPA)研制出了分组交换网APPANET(通常称为APPA网),将分布在不同地区的多台计算机主机(Host)用通信线路连接起来,彼此交换数据、传递信息,形成了真正意义上的计算机网络,其核心技术则是分组交换技术。
3.标准化网络阶段
国际标准化组织(InternationalStandardsOrganization,ISO)于1977年成立了专门的机构来研究该问题,并且在1994年正式颁布了“开放系统互联基本参考模型”(OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel)的国际标准OSI,这就产生了第三代计算机网络。
4.网络互联与高速网络
1993年美国宣布建立国家信息基础设施(NationalInformationInfrastructure,NII)后,全世界许多国家纷纷制订和建立本国的NII,从而极大的推动了计算机网络技术的发展。
使计算机网络进人了一个崭新的阶段,这就是计算机网络互联与高速网络阶段。
网络的功能可概括为以下几方面:
1.资源共享
2.处理机间通信
3.提供分布式处理能力
4.集中管理
5.负载分担
6.提高可靠性
较常使用的分类方法是根据网络连接的地理范围,将计算机网络分成局域网、城域网和广域网。
1.局域网(LocalAreaNetwork,LAN)
局域网又称局部网,它是局部地区网络的简称。
局域网的作用范围是几百米到十几公里,所以一个企业或一个大学内部,都可组建局域网。
2.城域网(MetropolitanAreaNetwork,MAN)
顾名思义,城域网的规模局限在一座城市范围内,覆盖的地理范围从几十公里至数百公里。
3.广域网(WideAreaNetwork,WAN)
广域网又称远程网,覆盖的地理范围从数百公里到数千公里,甚至上万公里。
网络的应用
目前,计算机网络的应用主要体现在以下几个方面:
1.数字通信
2.分布式计算
3.信息查询
4.网上教育
5.电子商务
6.办公自动化
7.企业管理与决策
6.2网络的结构组成
6.2.1网络硬件的组成
6.2.2网络软件的组成
6.2.3网络的拓扑结构
6.2.4网络的逻辑结构
6.2.5网络的体系结构
在介绍网络的结构组成时,应与计算机系统的结构组成相对比,这样有利于对计算机网络硬件、网络软件的理解。
同时,必须强调指出网络拓扑结构、逻辑结构和体系结构之间的概念区别。
网络的拓扑结构
计算机网络的拓扑结构就是指计算机网络中的通信线路和结点相互连接的几何排列方法和模式。
计算机网络中的拓扑结构主要有总线型、星型、树型、环型、网状型等。
1.总线型拓扑结构(Bus-NetworkStructure)
总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线(即一条数据通道),所有的站点都通过硬件接口连接在这根传输线上。
其中一个结点是网络服务器,由它提供网络通信及资源共享服务,其它结点是网络工作站(即用户计算机)。
网络中的多个处理机、存储器和外围设备等共同享用同一通路,因而总线成了数据交换的唯一公共通路。
(1)总线型结构的优点:
该结构的优点是简单、灵活、容易布线、可靠性高、容易扩充、不需要中央控制器、数据通道的利用率高、一个站点发送的信号其它站点都可接收,而且某个站点自身的故障一般不会影响整个网络。
(2)总线型结构的缺点:
该结构的缺点在于一是总线上的数据传输很容易成为整个系统的瓶颈,其次是故障诊断和故障都很困难,而且总线故障会导致整个系统的崩溃。
2.星型拓扑结构(Star-NetworkStructure)
星型拓扑结构是以中央结点为中心,把若干外围结点连接起来的幅射式互连结构。
(1)星型结构的优点:
该结构的突出优点是简单,很容易在网络中增加新的站点,容易实现数据的安全性和优先级控制以及网络监控,外围结点的故障对系统的正常运行没有影响。
(2)星型结构的缺点:
该结构的缺点是各外围结点之间的互相通信必须通过中央结点,中央结点出现故障会使整个网络不能正常工作。
3.树型拓扑结构(Tree-NetworkStructure)
树型拓扑结构是星型结构的扩展,它由根结点和分支结点所构成。
(1)树型结构的优点:
与星型结构相比,树型网络的通信线路总长度短、成本低、易于推广、适用于分级管理和控制系统。
(2)树型结构的缺点:
该结构对根结点的依赖性太大,当根结点出现故障时,全网不能正常工作,因此要求根结点和各层的分支结点具有较高的可靠性。
4.环型拓扑结构(Ring-NetworkStructure)
在环型拓扑结构中,所有结点通过点到点通信线路连接成闭合环路,数据将沿一个方向逐站传送,因此每个结点的地位和作用是相同的,并且每个结点都能获得执行控制权。
(1)环型结构的优点:
该结构的优点是能连接各种计算机设备(从大型机到PC机)、采用的电缆长度短、可采用光纤传输介质。
并且控制软件简单、实时性强等。
(2)环型结构的缺点:
该结构的缺点是环路中每个结点与连接结点之间的通信线路都会成为网络可靠性的屏障、网络的故障检测困难、网络中任何一个结点或线路的故障都会引起整个系统的中断。
另外,对于网络结点的加入、退出以及环路的维护和管理都比较复杂。
5.网状拓扑结构(Netlink-NetworkStructure)
网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的,没有规律。
目前实际存在与使用的广域网基本上都采用网状拓扑结构。
(1)网状结构的优点:
该结构的优点是可靠性高、容错能力强。
(2)网状结构的缺点:
该结构的缺点是结构复杂,必须采用路由选择算法和流量控制方法,并且不易维护和管理。
网络的逻辑结构
计算机网络要完成数据处理与数据通信两大任务,因此,在结构上可从逻辑功能上将计算机网络划分为资源子网和通信子网两大组成部分。
1.通信子网
通信子网是计算机网络的内层。
通信子网的主要任务是将各种计算机互连起来,完成数据传输、交换和通信处理。
2.资源子网
资源子网是计算机网络的外层。
资源子网的主体是计算机(也称端系统)以及终端设备和各种软件资源(包括用户的应用程序)。
网络的体系结构
1.体系结构概念
所谓网络体系,就是为了完成计算机之间的通信合作,把每个计算机互联的功能划分成定义明确的层次,规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。
我们将这些同层进程间通信的协议以及相邻层接口统称为网络体系结构,并将其通信协议常称为网络协议(networkprotoco1)。
2.网络协议的分层
计算机网络采用层次结构,使各层之间相互独立,具有简化网络设计、灵活性强、易于实现和维护等优点,并有利于促进标准化。
3.开放系统互联参考模型(OSI-RM)
国际标准化组织ISO在20世纪90年代颁布了被称为“开放系统互联参考模型”的七层网络通信协议族,即OSI-RM(OpenSystemInterconnection/ReferenceModel),或称ISO/OSI参考模型。
七个层次的协议从底层到高层分别如下:
(1)物理层:
主要功能是通过机械的和电器的方式将网络中的各节点连接起来,为数据传输组成物理通路。
(2)数据链路层:
在物理层所提供服务的基础上进行二进制比特流的传输,并进行差错检测和流量控制。
(3)网络层:
解决多节点传送时的路由选择、拥塞控制和网络互联等功能。
(4)传输层:
实现端到端的可靠数据传输,它向高层屏蔽了下层数据通信的细节。
(5)会话层:
进行两个应用进程之间的通信控制,并管理数据的交换。
(6)表示层:
解决不同数据格式的变换、数据的加密与解密、压缩与解压等。
(7)应用层:
直接为最终用户提供各种网络应用服务。
在以上七层参考模型中,上层请求下层的服务,下层则实现上层的意图。
4.TCP/IP协议族
TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtoc1)协议是一组由各种制造商和供应商所支持的网络通信协议的统称,该协议族最初是美国国防部在ARPANET上开发出来的,是关于网络体系结构和协议标准的一组协议。
它为Internet的支撑协议。
其中,TCP是传输控制协议,工作在传输层,它保证了在分组交换技术基础上数据传输的可靠性;
而IP是因特网协议,工作在网络层,保证正确的路由选择和分组的存储转发。
网络硬件的组成
计算机网络硬件系统是由以下等设备构成。
1.主计算机
2.服务器
3.网络工作站
4.网络终端
5.通信处理机
6.通信线路
7.信息变换设备
网络软件的组成
网络软件包括以下等软件。
1.网络协议软件
2.网络通信软件
3.网络操作系统
4.网络管理软件
5.网络工具软件
6.网络应用软件
6.3计算机局域网
局域网的基本概念
局域网的计算模式
局域网的基本类型
在教学过程中,要强调指出局域网的形成与发展过程,局域网计算模式的基本概念,以及局域网所涉及的关键技术。
1.局域网的标准
1990年2月,电器和电子工程师协会(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE)成立了局域网标准委员会,称为IEEE902委员会,它为各种不同拓扑结构的局域网制订了一系列的标准,称为IEEE902标准,作为局域网的国际标准。
2.局域网的技术特点
局域网的技术特点固然很多,但从应用的角度看,主要有以下5个方面。
(1)较小的地域范围
(2)高传输速率和低误码率
(3)可实现性能好
(4)局域网的基本技术较简单
(5)支持多种传输介质
3.局域网的性能因素
决定局域网性能的主要技术有3个方面:
(1)拓扑结构
(2)传输介质
(3)介质访问控制方法
4.局域网的连接
在网络中,各个设备之间必然要有介质的连接,这些连接可以分为两类:
(1)点对点连接(Point-PointConnection):
是在两台设备间建立直接的连接,一条介质仅连接相应的两台设备而不涉及第三方。
(2)多点连接(MultipointConnection):
在多点连接方式中,多台设备共同使用一条传输介质,从而实现带宽共享,减少浪费。
计算模式也称网络模式(NetworkModel),它是指计算机网络处理信息的方式。
目前局域网最常用的计算模式主要有:
1.对等式(PeertoPeer)模式
2.客户/服务器(Client/Server)模式
3.浏览器/服务器(Browser/Server)模式
4.三种模式的比较
(1)硬件结构的区别:
与基于服务器网络的主要硬件差别是,对等服务器网络模式不需要功能强大的专用服务器,对网络硬件的要求较低,因此,极大的降低了网络成本。
(2)软件的区别:
对等服务器网络模式无须购置专门的网络操作系统,仅使用各台计算机桌面操作系统中内置的联网功能即可组建成对等服务器网络模式。
(3)组织和管理的区别:
与C/S或B/S等基于服务器的网络结构之间的最主要的差别在于网络账户的管理、资源的管理以及管理的难易程度的不同。
从技术发展趋势上看,可以认为B/S模式最终将取代C/S模式,但在目前一段时间内,将是一种B/S模式和C/S模式同时存在、混合使用的情况。
1.传统以太网
所谓传统以太网,是指那些运行在10Mbit/s速率的以太网。
以太网的核心技术是以太网协议,即数据链路层协议,它是今天运行的大多数局域网所使用的协议。
以太网的核心思想是使用共享的公共传输信道,其网络协议是基于CSMA/CD总线的物理层和介质访问控制子层协议标准。
2.高速局域网
我们把数据传输速率在100Mbit/s以上的局域网称为高速局域网。
目前的高速局域网有:
FDDI、百兆以太网、千兆以太网、万兆以太网、交换式以太网、虚拟局域网和无线局域网等。
6.4Internet技术基础
Internet的基本概念
Internet的IP地址
Internet的域名系统
Internet的接入方式
在教学过程中,重点介绍Internet的形成背景,这对于理解Internet的工作原理具有十分重要的作用。
Internet(音译为“因特网”)是全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的计算机互联网。
它联接着全世界数以百万计的计算机和网络终端设备,实现彼此间的数据和资源共享。
人们通过Internet网络传递信息、检索资料、进行交流。
目前,Internet提供的服务主要有:
WWW服务、电子邮件服务、文件传输服务、新闻与公告类服务。
.1Internet的基本概念
1.Internet的发展
Internet的起源要追溯到本世纪70年代,美国国防部高级计划研究局(AdvancedResearchProgramAgency,ARPA)为了国防研究的需要,开始建立一个试验性的网络,因而称为ARPANET。
为了满足远距离计算机网络通信的需要,1990年开始ARPANET全面推广TCP/IP。
1993年,当TCP/IP成为ARPANET上的标准通信协议时,人们才认为是真正意义上的Internet。
90年代,Internet以极为迅猛的速度发展,席卷了全世界几乎所有的国家,一个全球性的信息高速公路已经初步形成。
我国Internet事业发展迅猛。
1996年Internet引入中国,但此时建成的网络只是和国际Internet进行电子邮件交换,并不能作为真正Internet的一部分。
1994年5月19日,中国科学院高能物理所正式接入Internet,称为中国科技网(CSTNet)。
随后,与Internet网相联的有:
中国共用计算机互联网(ChinaNet)、中国教育和科研计算机网(CERNet)、中国金桥信息网(ChinaGBN)、中国联通互联网(UNINet)、中国网通(CNCNet)等等。
2.Internet的功能特点
与传统媒体相比,它具有很多优势和特点,主要体现在以下5个方面。
(1)主动性强
(2)信息量大
(3)自由参与
(4)形式多样
(5)规模庞大
在Internet上,每个参与者都是平等的,都有享用和发布信息的权利。
每位用户在接受服务的同时,也可以为其他用户提供服务。
1.IP地址的概念
在Internet网上,每台主机、终端、服务器,以及路由器都有自己的IP地址,这个IP地址是全球唯一的,用于标识该机在Internet网中的位置。
由于目前使用的IP协议的版本为,所以又称为IPV4,它规定每个IP地址用32个二进制位表示(占4个字节)
2.IP地址的分类
在Internet中根据网络地址和主机地址,常将IP地址分为五类,如图6-1所示。
A类地址主要用于大型(主干)网络,其特点是网络数量少,但拥有的主机数量多。
B类地址主要用于中等规模(区域)网络,其特点是网络数量和主机数量大致相同。
C类地址主要用于小型局域网络,其特点是网络数量多,但拥有的主机数量少。
D类地址通常用于已知地址的多点传送或者组的寻址。
E类地址为将来使用保留的实验地址,目前尚未开放。
在Internet上采用了一套和IP地址对应的域名系统(DomainNameSystem,DNS)。
1.域名地址
DNS使用与主机位置、作用、行业有关的一组字符来表示IP地址,这组字符类似于英文缩写或汉语拼音。
我们把这个符号化了的IP地址就称为“域名地址”,简称为“域名”,并由各段(子域)所组成。
2.域名结构
Internet的域名系统和IP地址一样,采用典型的层次结构,每一层由域或标号组成。
最高层域名(顶级域名)由因特网协会(InternetSociety)的授权机构负责管理。
在设置主机域名时,必须符合以下规则:
①域名的各段之间以小圆点“.”分隔。
从左向右看,“.”号右边的域总是左边的域的上一层,只要上层域的所有下层域名字不重复,那么网上的所有主机的域名就不会重复。
②域名系统最右边的域为一级(顶级)域,如果该级是地理位置,则通常是“国名”。
③第二级是“组织名”。
④域名不区分大小写字母。
一个完整的域名不超过255个字符,其子域级数不予限制。
3.域名分配
域名的层次结构给域名的管理带来了方便,每一部分授权给某个机构管理,授权机构可以将其所管辖的名字空间进一步划分,授权给若干子机构管理,最后形成树形的层次结构。
4.DNS服务
用户使用域名访问Internet上的主机时,需要通过提供域名服务的DNS服务器将域名解析(转换)成对应的IP地址。
Internet的接入
Internet的接入方式有3种。
1.ADSL接入方式
ADSL是一种利用双绞线高速传输数据的技术,它利用分频技术把普通电话线路所传输的低频信号和高频信号分离,即在同一根线上分别传送数据和语音信号,数据信号并不通过电话交换机设备。
ADSL的接入和安装非常方便,如果是单用户ADSLModem直接连接:
由服务商将用户原有的电话线接入ADSL局端设备,用户端的电话线路和用户电话号码都保持不变。
2.HFC接入方式
光纤同轴混合(HybridFiberCoax,HFC)接入是当前主要的一种互联网宽带接入技术。
它是利用CableModem(同轴电缆调制解调器)在传输有线电视(CommunityAntennaTV,CATV)信号的同时传输数据信号。
宽带接入是近年来开始使用的一种超高速Modem技术,而且也是一种比较成熟的技术。
3.局域网接入方式
局域网接入是通过路由器与数据通信网的专线相连接。
这种方式可使用的连接介质很多:
DDN或模拟专线、电话专线、电缆、光纤及卫星通信设备等。
使用局域网接入Internet,由于全部利用数字线路传输,不再受传统电话网带宽的限制,可提供高达十兆甚至上千兆的桌面接入速度,比拨号接入速度要快得多,因此更受用户青睐。
6.5Internet提供的服务
WWW服务
电子邮件服务
文件传输服务
远程登陆服务
新闻与公告类服务
在教学过程中,要让学生了解计算机网络的应用,与通信技术是密切相关的,而且是决定网络传输质量和传输速度的重要因素。
WWW(WorldWideWeb)通常译成环球信息网或万维网,简称为Web或3W,是1999年设在瑞士日内瓦的欧洲粒子物理研究中心的TimBernersLee发明的。
其初衷是为了让世界范围内的物理学家能够同时共享科学数据,需要研究一种进行数据传输的方法。
WWW服务的实质就是将查询的文档发送给客户的计算机,以便在Web客户机浏览器中显示出来。
Web把分布在世界各地的信息点(网页)链接起来,构成一个庞大的、没有形状的信息网络。
它允许信息分布式存储,使用超文本方式建立这些信息的联系,用统一的方案描述每个信息点的位置,使得信息查询非常方便,信息的存储和链入非常自由。
1.WWW的工作方式
WWW是以超文本标记语言(HyperTextMarkupLanguage,HTML)与超文本传输协议(HyperTextTransferProtocol,HTTP)为基础,提供面向Internet服务的、一致的用户界面的信息浏览系统。
WWW系统采用了客户/服务器模式。
2.网络主页
在WWW环境中,信息以信息页形式来显示与链接。
信息页是由HTML语言来实现的,并在信息页间建立了超文本链接以便于浏览。
主页(Homepage)是指个人或机构的基本信息页面,用户通过主页可以访问有关的信息资源。
3.URL与信息定位
在Internet中有众多的WWW服务器,而每台服务器中又包含很多主页,用户需要统一的资源定位器(UniformResourceLocators,URL)指定服务器中信息资源的位置。
标准的URL由三部分组成:
服务器类型、主机名和路径及文件名。
URL的格式为:
协议名:
//IP地址或域名/路径/文件名
4.WWW浏览器
WWW浏览器是用来浏览Internet上主页的客户端软件,它为用户提供了寻找Internet上内容丰富、形式多样的信息资源的便捷途径。
最流行的浏览器软件主要有两种。
(1)Navigator:
是由美国Netscape公司开发的WWW浏览器软件。
(2)InternetExplorer(IE):
是美国Microsoft公司开发的WWW浏览器软件。
5.搜索引擎
搜索引擎是Internet上的一个WWW服务器,它的主要任务是在Internet中主动搜索其它WWW服务器中的信息并对其自动索引,将索引内容存储在可供查询的大型数据库中。
用户可以利用搜索引擎所提供的分类目录和查询功能查找所需要的信息。
电子邮件(ElectronicMail)服务通常简称为E-mail服务,是目前Internet上使用最频繁、应用最广泛的一种服务。
1.电子邮件服务系统结构
电
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