第3章计算机网络基础和Internet应用

计算机文化基础计算机网络基础和Internet应用3.学习目标理解计算机网络的概念掌握计算机网络的功能、分类和网络硬件的组成了解OSI网络参考模型掌握Internet的域名系统熟练应用Internet的主要服务（浏览、下载、收发电子邮件）主要内容计算机网络概述Internet技术及应用计算机信息安全3.1.1计算机网络的概念与发展1．计算机网络的概念和功能计算机网络是由地理位置分散的、具有独立功能的多台计算机，利用通信设备和传输介质互相连接，并配以相应的网络协议和网络软件，以实现数据通信和资源共享的计算机系统。3.1计算机网络概述计算机网络的功能主要体现为以下几点：（1）资源共享（2）数据传输（3）分布式数据处理（4）均衡负载3.1.1计算机网络的概念与发展第二阶段第三阶段第四阶段第一阶段20世纪50年代中期至60年代，以通信技术和计算机技术为基础，建成最初的以单台计算机为中心的远程联机系统的计算机网络。2．计算机网络的发展3.1.1计算机网络的概念与发展第一阶段第三阶段第四阶段第二阶段20世纪60年代末期至70年代，以计算机网络为基础发展起来的计算机网络，例如美国国防部建立的ARPANET。2．计算机网络的发展3.1.1计算机网络的概念与发展第一阶段第二阶段第四阶段第三阶段20世纪80年代至90年代，建立了OSI（OpenSystemInterconnection）开放式系统互联参考模型和TCP/IP（传输控制协议/网际协议）两种国际标准的网络体系结构。2．计算机网络的发展3.1.1计算机网络的概念与发展第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段20世纪90年代至今，以宽带综合业务数字网和ATM技术为核心建立的计算机网络，随着光纤通信技术的应用和多媒体技术的迅速发展，计算机网络向全面综合化、高速化和智能化方向发展。2．计算机网络的发展3.1.2计算机网络的分类局域网（LAN）：局域网是指将有限范围内的各种计算机、终端和外部设备互联在一起的网络系统城域网（MAN）：1．按照网络的覆盖范围分类城市地区的网络简称为城域网。城域网是介于局域网和广域网之间的一种高速网络。广域网（WAN）：广域网也称远程网，作用范围通常为几十到几千千米，它的通信传输装置和媒体一般由电信部门提供。网际网：在广大的地理范围内，各种形式的WAN、MAN和LAN互相连接，实现资源共享和数据传输，即组成网际网。3.1.2计算机网络的分类2．按照网络的拓扑结构进行分类网络的拓扑结构是指网络中的通信线路和节点（计算机或设备）相互连接的几何排列形式。IBM兼容机IBM兼容机服务器工作站立式PC（1）总线型拓扑结构采用单根传输线作为传输介质，所有的节点（包括工作站和文件服务器）均通过相应的硬件直接连接到传输介质（或总线）上，各个节点地位平等，无中心节点控制。3.1.2计算机网络的分类（2）星型拓扑结构星型拓扑结构是由中心节点和通过点对点链路连接到中心节点而形成的网络结构。星型拓扑结构的中心节点是主节点，它接收各个分散节点的信息，再转发给相应的站点。3.1.2计算机网络的分类（3）环型拓扑结构环型拓扑结构是由若干中继器通过点到点的链路首尾相连成一个闭合的环。使用电缆形成环型连接，每个中继器与两条链路相连，由于环型拓扑结构的数据在环路上沿着一个方向在各个节点间传输，这样中继器能够接收一条链路上来的数据，并以同样的速度把数据传送到另一条链路上。3.1.2计算机网络的分类（4）网状型拓扑结构网状型拓扑结构使用单独的电缆将网络上的站点两两相连，从而提供了直接的通信路径。网状型拓扑结构可提供最高级别的容错能力，但是需要大量的网线，并且随着站点数量的增加而变得更加混乱。所以实际应用中，经常与其他网络拓扑结构一起构成混合网络拓扑。按照传输介质进行分类3.1.2计算机网络的分类有线网：有线网采用双绞线、同轴电缆和光纤等作为传输介质。目前，大多数的计算机网络都采用有线方式组网。无线网：无线网采用红外线、微波和光波等作为传输载体。3．按照传输介质进行分类3.1.3计算机网络的组成1．传输介质传输介质是传送信号的载体，在计算机网络中通常使用的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤、微波及卫星通信等。它们可以支持不同的网络类型，具有不同的传输速率和传输距离。物理结构上讲，一个完整的计算机网络系统是由网络硬件系统和网络软件系统组成。3.1.3计算机网络的组成（1）双绞线双绞线是扭合在一起的两根线，计算机网络中使用的双绞线通常是8芯的（4对双绞线），用不同的颜色把它们两两区分开来。网络中的双绞线又分为三类线、五类线等规格，分别适用于10Mb/s、100Mb/s以太网。双绞线8根线的引脚定义如表所示。3.1.3计算机网络的组成（2）同轴电缆同轴电缆中央是铜质的心线，其外包着一层绝缘层，绝缘层外是一层网状编织的金属丝作为外导体屏蔽层，屏蔽层把电线很好地包裹起来，最外层是保护塑料层。用于局域网的同轴电缆通常有两种：一种是专门用于符合IEEE802.3标准以太网环境中且阻抗为50Ω的电缆，只用于数字信号的传送，称为基带同轴电缆；另一种是用于频分多路复用（FDM）的模拟信号发送，阻抗为75Ω的电缆，称为宽带同轴电缆。塑料保护外层外导体屏蔽线绝缘层内导体铜芯线3.1.3计算机网络的组成（3）光纤光纤是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，一根光缆中包含有多条光纤。光纤是一种新型的传输介质，通信容量比普通电缆要大100倍左右，传输速率高（目前已达到1Gb/s），抗干扰能力强，通信距离远（无中继传输距离达几十至上百千米），保密性好。（4）微波微波是无线电通信载体，其频率为1GHz~10GHz。微波的传输距离在50km左右，容量大，传输质量高，建筑费用低，适宜在网络布线困难的城市中使用。3.1.3计算机网络的组成（5）卫星通信卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发微波信号，使各地之间互相通信。卫星通信的可靠性高，但是通信延迟时间长，易受气候影响。目前卫星通信主要用于电视和电话通信系统。3.1.3计算机网络的组成2．网络基础设备（1）服务器（Server）服务器是网络中的核心设备，负责网络资源管理和为用户提供服务，一般由高档微机、工作站或专用服务器充当，服务器上运行网络操作系统。从应用角度划分，服务器分为文件服务器（FileServer）和应用服务器（ApplicationServer）。文件服务器为网络提供文件共享和文件打印服务，应用服务器不仅需要有文件服务器的功能，而且还要求能完成用户所交给的任务。3.1.3计算机网络的组成（2）工作站（WorkStation）工作站是在网络上除服务器以外能独立处理问题的个人计算机。工作站有可独立工作的操作系统，可选择上网使用或独立网络使用。（3）同位体（Peer）同位体是可同时作为服务器和工作站的计算机。（4）网卡（NetworkInterfaceCard，NIC）网卡即网络接口卡，又称网络适配器。它安装在服务器或工作站的扩展槽中。根据网卡的速度划分，网卡有10Mb/s和100Mb/s两种。此外，还有一种10/100Mb/s自适应网卡，既可以当10Mb/s网卡使用，也可以当100Mb/s网卡使用。3.1.3计算机网络的组成（5）集线器（Hub）在局域网的星型拓扑结构中，通常将若干台工作站经过双绞线汇接到一个称为集线器的设备上。主要作用是对信号中继放大、扩展100Mb/s网范围，同时也能实现故障隔离，即当一台工作站出现故障，不会影响网络上其他计算机的正常工作。3.1.3计算机网络的组成（6）调制解调器（Modem）调制解调器是调制器（Modulator）和解调器（Demodulator）的简称。调制解调器的功能是将计算机输出的数字信号转换成模拟信号，以便能在电话线路上传输。当然，它也能够将线路上传来的模拟信号转换成数字信号，以便于计算机接收。调制解调器分为内置式和外置式两种。内置式的调制解调器是一块计算机扩展插卡，要插入计算机的扩展槽中。外置式调制解调器是一个单独的盒子，放在计算机外使用，与计算机的串行通信口或并行通信口相连。目前，市场上的主流产品是55.6Kb/s传输速率的产品。3.1.3计算机网络的组成3．局域网互联设备（1）路由器（Router）用于连接两个以上同类网络，位于某两个局域网中的两个工作站之间，通信时存在多条路径。路由器的主要功能有识别网络层地址、选择路由、生成和保护路由表等，常见的路由器有Cisco公司和Bay公司的系列产品。3.1.3计算机网络的组成（2）网桥（Bridge）用于连接两个同一操作系统类型的网络。网桥的作用有两个：“隔离”和“转发”。3.1.3计算机网络的组成（3）网关（Gateway）当具有不同操作系统的网络互联时，一般需要采用网关。网关除了具有路由器的全部功能外，还能实现不同网络之间的协议转换。3.1.3计算机网络的组成（4）中继器（Repeater）在计算机网络中，当网段超过最大距离时，就需要增设中继器，中继器对信号中继放大，扩展网段的距离。3.1.3计算机网络的组成网络通信软件网络操作系统网络协议软件该协议软件规定了网络上所有的计算机通信设备之间数据传输的格式和传输方式，使得网上的计算机之间能正确可靠地进行数据传输。4．网络软件系统3.1.3计算机网络的组成网络协议软件网络操作系统网络通信软件网络通信软件的作用就是使用户能够在不详细了解通信控制规程的情况下，控制应用程序与多个站点进行通信，并且能对大量的通信数据进行加工和处理。4．网络软件系统3.1.3计算机网络的组成网络协议软件网络通信软件网络操作系统整个网络的资源和运行必须由网络操作系统来管理。它是用以实现系统资源共享、管理用户对不同资源访问的应用程序。目前主流的网络操作系统有WindowsNT、Windows2000/2003Server、NetWare、UNIX/Linux等。4．网络软件系统3.1.4计算机网络体系结构1．OSI参考模型的基本概念该模型称为开放系统互联参考模型（OSI）。只要遵循OSI标准，一个系统就可以和世界上其他任何也遵循这一标准的系统通信。OSI参考模型定义了开发系统的层次结构、层次之间的相互关系及各层所包括的可能服务。它作为一个框架来协调和组织各层协议的制定，也是对网络内部结构最精炼的概括与描述。2．OSI参考模型的结构3.1.4计算机网络体系结构3．TCP/IP参考模型与协议TCP/IP参考模型分为4层结构，与OSI参考模型的层次对应关系如图所示。3.1.4计算机网络体系结构3．TCP/IP参考模型与协议TCP/IP参考模型分为4层结构，与OSI参考模型的层次对应关系如图所示。常用的应用程序3.1.4计算机网络体系结构3．TCP/IP参考模型与协议TCP/IP参考模型分为4层结构，与OSI参考模型的层次对应关系如图所示。提供端到端的通信3.1.4计算机网络体系结构3．TCP/IP参考模型与协议TCP/IP参考模型分为4层结构，与OSI参考模型的层次对应关系如图所示。负责不同网络或同一网络中计算机之间的通信3.1.4计算机网络体系结构3．TCP/IP参考模型与协议TCP/IP参考模型分为4层结构，与OSI参考模型的层次对应关系如图所示。负责与物理网络的连接3.2.1Internet概述1．Internet的形成与发展（1）Internet形成3.2Internet技术及应用Internet最初的来源是美国国防部的一个军用网络。20世纪80年代中期，发展成了一个遍布全球的Internet。1994年4月20日，“中国国家计算与网络设施”工程实现了与Internet的全功能连接。截至2005年底，全球互联网用户达到10.8亿，比2004年增长了1.5亿。2011年元月全球互联网用户达到20亿。Internet2网格技术IPv6协议NGI计划美国国家科学基金会设立了“下一代Internet”研究计划NGI，在1998年完成，初步建立了下一代网络结构，并得到了初步应用。3.2.1Internet概述（2）Internet的未来NG