计算机科学技术导论(第二版) 第4章 计算机网络与通信.ppt
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1、 第 4章 计算机网络与通信 本章学习目标本章学习目标本章主要讲解计算机网络与通信的基本知识、计算机网络的应用与操作。对于网络、协议、TCP/IP协议的功能及它的层次结构、域名系统、因特网及其组成、WWW网、等相关的重要知识都做了重点讲解。通过本章的学习,主要掌握以下内容:wl计算机通信的基础知识、wl l计算机网络的体系结构与使用方式wl lIntranet和Extranet的区别wl l如何使用浏览器进行上网等等wl lTCP/IP协议的功能及它的层次结构wl l域名系统第4章 计算机网络与通信w4.1 计算机网络w4.2 数据通信w4.3 因特网w4.4 WWW和浏览器w4.5个人网站的
2、创建和网页的制作4.1.1计算机网络定义计算机网络定义w1.定义:定义:计算机网络是指把若干台地理位置不同,且具有独立功能的计算机,通过通信设备和线路相互联接起来,在网络操作系统,网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下,实现信息传输和资源共享的一种计算机系统。2.网络资源:网络资源:计算机网络资源包括硬件资源、软件资源和数据资源。其中,最重要的是数据资源。4.1 计算机网络4.1.2计算机网络发展历史阶段计算机网络发展历史阶段计算机网络从产生到发展,总体来说可以分成4个阶段。w1面向终端的计算机通信网w2分组交换网w3以“开放式标准化网络”或“开放系统互连参考模型(OSI/RM)”为标准框架
3、w4宽带综合业务数字网(B-ISDN)4.1.3计算机网络的构成计算机网络的构成一个计算机网络系统主要由以下几个部分组成:网络通信系统网络通信系统:它提供节点之间的数据通信功能。网络操作系统网络操作系统:它对网络资源进行有效的管理。网络应用系统网络应用系统:它是根据应用要求而开发的基于网络环境的应用系统。返回4.1.5计算机网络的分类和拓扑结构计算机网络的分类和拓扑结构w1.按所覆盖的地域范围分类按所覆盖的地域范围分类,可以分为:局域网LAN;城域网MAN;广域网WAN。w2.按采用的交换技术划分按采用的交换技术划分,可以分为:电路交换网;分组交换网;信元交换网(ATM网)。w3.按用途划分按
4、用途划分,可分为专用网,例如金融网、教育网、税务网;公用网,帧中继网、DDN网。w网络拓扑结构用来描述网络的连接形状和组成形式,网络拓扑结构有总线型、环型、星型、网状型、树型等。w计算机网络的传输介质分为有线和无线两大类。有线传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤,最常用的为双绞线和光纤,无线传输介质有微波、红外线和激光。返回4.1.5计算机网络协议计算机网络协议w1.协议定义协议定义:是有关计算机网络通信的一整套规则,是为完成计算机网络通信而制订的规则、约定和标准。网络协议由语法、语义和时序三大要素组成。w2.开放系统互连开放系统互连OSI:国际标准化组织已经定义了一套通信协议,称为开放系统互连(
5、OpenSystemInterconnection,简记为OSI)。OSI参考模型的目的是定义网络功能,为了便于实现网络的复杂功能,OSI把网络的功能分成7层协议,对应的层次能进行数据的交换。4.1.6OSI参考模型参考模型w1OSI参考模型的基本概念参考模型的基本概念w国际标准化组织ISO发布的最著名的开放系统互连基本参考模型OSI标准。OSI体系结构标准定义了网络互连的七层框架,即OSI开放系统互连参考模型。在这一框架下进一步详细规定了每一层的功能,以实现开放系统环境中的互连性(interconnection)、互操作 性(interoperation)和 应 用 的 可 移 植 性(po
6、rtability)。w2.OSI各层的主要功能各层的主要功能w物物理理层层:物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路层提供物理连接,以便透明地传送比特流。w数数据据链链路路层层:在物理层提供比特流传输服务的基础上,在通信的实体之间建立数据链路连接,传送以帧为单位的数据,采用差错控制、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。w网网络络层层:网络层主要任务是通过路由算法,为分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层要实现路由选择、拥塞控制与网络互连等功能。w传传输输层层:传输层的主要任务是向用户提供可靠的端到端服务,透明的传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节。w会会话话层层
7、:会话层的主要任务是组织两个会话进程之间的通信,并管理数据的交换。w表表示示层层:表示层主要用于处理在两个通信系统中交换信息的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。w应应用用层层:应用层是OSI参考模型中的最高层。应用层确定进程之间通信的性质,以满足用户的需要。4.1.7计算机网络的功能计算机网络的功能w1数数据据通通信信:数据通信即数据传送,是计算机网络最基本的功能之一。它包括传输文件和使用电子邮件(Email)。w2资资源源共共享享:资源共享包括硬件、软件和数据资源的共享,它是计算机网络最具有吸引力的功能之一。w3易易于于进进行行分分布布处处理理:在计算机网络
8、中,每个用户可根据情况灵活选择计算机网络的资源,以就近的原则快速处理。4.2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念w1数数据据和和信信息息:数据是描述客观事务的、包括数字、字符、声音、图像以及所有能输入到计算机中并能被计算机程序加工处理的信号的集合。w信息是人借助于数据表示的、按已知约定赋予数据的含义。w2信信号号:信号是数据的电磁编码或电子编码。在通信系统中,信号分为模拟信号和数字信号。w3信源:信源:通信过程中发送信息的设备称为信源。w4信宿:信宿:通信过程中接受信息的设备称为信宿。w5信道:信道:信源和信宿之间的通信线路称为信道。w6计计算算机机通通信信:计算机通信就是通过通信信道,将
9、某一台计算机发出的数字信号传递到另一台计算机上。计算机通信可分为数字通信和模拟通信。4.2数据通信数据通信4.2.2数据传输方式数据传输方式w1数据基本传输方式数据基本传输方式w数据传输的基本方式可分为并行传输和串行传输两种。并行传输是指数据的各位同时进行传送,而串行是指数据一位一位地按顺序传送。图4.1ww图4.1并行和串行传输方式示意图2数据传送方向数据传送方向w串行通信中,按照数据传送的方向,可分为单工和双工两种方式;而双工方式又可分为半双工和全双工方式。w单单工工方方式式:在接收器和发送器之间有一条传输线,只能进行单一方向的传输如图4.2(a)所示。w半半双双工工方方式式:使用同一条传
10、输线,即可作为输入又可作为输出,但通信双方不能同时进行发送和接收数据。如图4.2(b)所示。w全全双双工工方方式式:数据的接收和发送分别由两条不同的传输线传送,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收数据如图4.2(c)所示w图4.2据传送方向示意图4.2.3异步传输和同步传输异步传输和同步传输w1异步传输异步传输w异步传输的特点是一个字符一个字符地传输,并且传送一个字符总是从起始位开始,停止位结束,字符之间的空闲位可任意长。w例如图4.3表示传送字符“E”的ASCII码的波形。w图中,第一位为低电平,表示起始位;第28位为数据位,表示传送的是字符“E”的ASCII45H,这是一个由低位到高位表示
11、的二进制码1000101;第9位为0是奇校验位,以保证数据位与校验位中含“1”的个数为奇数;最后1位为高电平,表示停止位。w每个字符为一帧信息,它由4部分组成。wl起始位:1位,低电平表示。wl数据位:58位,低位在前,高位在后。wl校验位:1位,对数据进行校验,奇校验或偶校验。wl停止位:12位,高电平表示。ww图4.3字符“E”的异步传送波形w2同步传输同步传输w在异步传输中,每个字符要用起始位和停止位作为开始和结束的标志,这样就占用了一些时间,使数据传送时间增大。在数据块传送时,为了提高速度,可设法去掉这些标志位而采用同步传送。如图4.4所示,同步传送必须在数据开始处用同步字符来指明,每
12、个数据块可根据实际情况为512字节、1024字节等。返回前一页w图4.4同步传送格式w通常,同步传送适用于计算机之间的高速通信。异步通信的效率相对比较低,但由于在通信过程中不需要传送相应的时钟信号,而是通过每一帧数据的起始位和停止位来进行同步,因此对支持通信的电路要求比较低,异步通信则成为一种很实用的通信方式。返回前一页4.2.4数据传输中的检错和纠错数据传输中的检错和纠错w为了确保接收端能够检测出数据传输过程中的差错,一种有效的方法是对传输的数据进行抗干扰编码,即按一定的规则给被传送的数据码元增加一些码元(这些码元称冗余码),使冗余码元与被传送的信息码元之间建立一定的关系。发送时,冗余码与信
13、息码一同发送,经信道传输后,接收端,按预先确定的规则进行译码,进而发现错误或纠正错误。w1检错码检错码w检错码是指在发送每一组信息时发送一些附加位,通过这些附加位,接收端可以判断所接收的数据是否正确。如果存在错误,它不纠正错误,而是通过反馈信道将出错信息告诉发送端,让发送端重新发送该信息,直到接收端收到正确的数据为止。w最简单的检错码为奇偶校验码。即在一个二进制数据字上加上一位,以检测差错。若需检测多位差错,常用的检错码是循环冗余校验(CRC)码。w2纠错码纠错码w纠错码是指在发送每个组信息时发送足够的附加位,借助这些附加信息,接收端在接收译码器的控制下不仅可以发现错误,而且还能自动纠正错误。
14、w目前,比效常见的纠错编码有海明纠错码、正反纠错码等。返回4.3.1因特网的历史演变因特网的历史演变w因特网的英文原词是“Internet”,它起源于1969年在美国建立的ARPA网。随着网络技术的发展,连接到ARPA网中的节点数量不断增加专家开始深入研究适合于在多个网络互联时使用的协议。1974年,专门为在互联网上通信设计的TCP/IP模型和协议产生了。1983年以后,军事部分分成一个单独的子网,称为“MILNET”。w在20世纪70年代末,美国国家科学基金会(NSF)注意到了ARPA网在大学科研上所起的重要作用,1984年,NSF开始设计并建立替代ARPA网的高速互联网,以使所有美国大学可
15、以自由地加入其中。这个互联网称为“NSFNET”。NSFNET从一开始就使用了简单易用的TCP/IP协议,从而使得连接到ARPANET和NSFNET上的网络、机器和用户快速增长,产生了专门的“互联网”的概念。4.3因特网因特网4.3.2因特网的构成因特网的构成w1什么是因特网什么是因特网w因特网是全球性的、最具影响力的计算机互联网络,同时也是世界范围的信息资源宝库。w因特网就像覆盖在地球表面的一个巨大藤蔓,有主藤,有支藤,主藤称之为主干网,支藤从主藤上滋长。这个巨大的藤蔓以美国为根。w因特网的逻辑结构如下图所示。w从因特网使用者角度考虑,因特网是一个信息资源网。接入因特网的主机既可以是信息资源
16、及服务的提供者(服务器),也可以是信息资源及服务的消费者(客户机)。w需 要 注 意 的 是,互 联 网 的 英 文 是“internet”,它泛指通过某种方式将一些区域性网络进行连接后构成的网际网络;因特网的英文是“Internet”,它特指互联网中的一种。并不是所有的internet都可以称为因特网。w因特网使用TCP/IP协议,使用全球唯一的IP地址区别不同的终端,使用全球范围内的域名服务系统DNS,映射网络域名和地址。w2因特网的主要组成部分因特网的主要组成部分w通信线路:因特网中的通信线路归纳起来主要有两类:有线线路(如光缆、铜缆等)和无线线路(如卫星、无线电等)。ww路由器:当数据
17、从一个网络传输到路由器时,路由器需要根据数据所要到达的目的地,为其选择一条最佳路径,即指明数据应该沿着哪个方向传输。w数据从源主机出发通常需要经过多个路由器才能到达目的主机w服务器与客户机:所有连接在因特网上的计算机我们统称为主机,主机按其在因特网中扮演的角色不同,将其分成两类,即服务器和客户机。服务器:就是因特网服务与信息资源的提供者。客户机:是因特网服务和信息资源的使用者。w作为服务器的主机通常要求具有较高的性能和较大的存储容量,而作为客户机的主机可以是任意一台普通计算机。w信息资源:因特网上信息资源的种类及为丰富,主要包括文本、图像、声音或视频等多种信息类型。4.3.3TCP/IP参考模
18、型参考模型wIP协议:协议:IP协议的全称是“网际协议”它是专门为网络互联而设计的。w在信息包的头部,包含了IP协议所要求的各种信息,其中最重要的是信息包的源地址和目的地址。无论信息包需要从哪里传送到哪里,因特网上的路由设备和交换设备都会根据信息包头部的地址信息帮助它选择合适的路径到达目的地。wTCP协议:协议:TCP协议的全称是“传输控制协议”.它是一个面向连接的协议。它将完整的消息流封装成许多信息包;在接收数据时,将信息包重新组成消息。同时TCP协议还要担负流量控制的任务。wUDP协议协议:它的全称是“用户数据协议。它用于那些需要快速传送而不是可靠连接的场合。DUP协议定义的数据传输不需要
19、使用TCP的排序或流量控制。w我们常常说到的TCP/IP协议,其实是上述三个协议的总称。一般情况下DUP协议被忽略了。wTCP/IP协议定义了网络间的数据传输模式,在所有符合这种模式的网络之间都可以进行无障碍的数据传输。这种网络间的连接方式需要使用一种模型进行说明,这就是TCP/IP参考模型表4.1所示的就是TCP/IP参考模型中的层次结构,以及各种协议在这个层次结构中的位置。4.3.4TCP/IP应用举例应用举例wTCP/IP成功的关键在于它以很小的包发送信息,而这些小的信息包并不需要按顺序到达对方,甚至不需要按同一路径来传送。下面以一个具体的例子来说明这一点。w假设你写了一部小说,你想把它
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