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第5讲网络计算本讲学习目标◆初步了解数据通信的方式、传输方式◆熟练掌握计算机网络的体系结构◆掌握Internet和TCP/IP协议◆了解Web和浏览器◆了解网络管理◆了解网络安全机制◆了解网格计算计算机网络•在信息化社会中，计算机已从单用户使用发展到网格计算(GridComputing)使用。•越来越多的应用领域需要一定的地理范围内的计算机联合起来进行工作，从而促进了计算机和通信(Communication)这两种技术紧密的结合，形成了计算机网络(CompterNetwork)这门学科。5.1通信与组网•Internet是当今信息时代获取信息的重要手段，Internet飞速的发展离不开计算机网络技术，然而计算机网络技术是建立在计算机技术和通信技术的基础之上的，计算机技术和通信技术相互促进，共同发展，才有今天Internet的繁荣。5.1.1数据通信的基本概念•信息(Information)是客观事物的属性和相互联系特性的表现，它反映了客观事物的存在形式、运动状态和变化方式。（客观存在的现象）•数据(Data)是信息的数字化形式或数字化的信息形式。•数据通信是指在不同的计算机之间或终端之间，传输用二进制代码0、1比特(bit)表示的字母、数字、符号等序列的过程。•模拟数据是指在某个区间产生的连续的值。•数字数据是指产生的离散的值。•信号(Signal)是传输介质上携带信息，在通信系统中常用电信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等描述。•模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号(例如，某些物理量的测量结果，模拟计算机的输出)，这种电信号可以按照不同频率在各种介质上传输。•数字信号是一种离散的脉冲序列(例如，计算机的输出，数字仪表的测量结果)，它用恒定的正电压和负电压来表示二进制的1和0值，这种脉冲序列可以按照不同的位速率在有线介质上传输。•信道(Channel)是指发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质，也就是传送信息的必经之路。•不同的通信信道有不同的数据传输速率，一个信道每秒钟传输比特数的能力称为带宽(Bandwidth)。5.1.2数据通信方式•一个通信系统至少由发送器(发送端)、传输介质(信道)和接收器(接收端)三部分组成。•发送器产生信息，经传输介质传送给接收器，这样便完成了信息从一端向另一端的传送。1．串行通信和并行通信发送端并串转换12345678串并转换接收端1234567812345678发送端接收端信道1信道2信道3信道4信道5信道6信道7信道82．单工、半双工和全双工通信发送设备接收设备数据流通信连接（a）单工发送设备接收设备发送设备接收设备数据流（b）半双工通信连接发送设备接收设备接收设备发送设备数据流（c）全双工通信连接发送设备接收设备数据流通信连接（a）单工发送设备接收设备发送设备接收设备数据流（b）半双工通信连接发送设备接收设备接收设备发送设备数据流（c）全双工通信连接发送设备接收设备数据流通信连接（a）单工发送设备接收设备发送设备接收设备数据流（b）半双工通信连接发送设备接收设备接收设备发送设备数据流（c）全双工通信连接3．同步通信和异步通信•同步是每次发送多个字节或信息块，要求通信的收、发双方在时间基准上保持一致，系统需要一个同步时钟，用于传输大量的信息。•异步每次发送和接收一个字符的数据，同步在字符的基础上进行，起始时刻是任意的，字符与字符之间的间隔也是任意的，即各个字符之间是异步的。•同步和异步的根本区别在于发送端和接收端的时钟是独立的还是同步的。5.1.3数据传输方式•1．基带传输（直接传输）•基带就是指电信号所固有的基本频带。基带传输是指在通信信道上传输由计算机或终端产生的0或1数字脉冲信号，也就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压(电流)来表示，然后送到线路上去传输。•2．频带传输（调制传输）•在频带传输系统中，计算机通过调制解调器与电话线路连接，通过电话交换网，进行数据传输。•3．宽带传输•宽带传输是指传输介质的频带较宽的信息传输，其带宽通常在300～400MHz，它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输，传输距离远。5.2计算机网络5.2.1计算机网络的起源•计算机网络的发展过程是从简单到复杂、从单机到多机、由终端与计算机之间的通信、演变到计算机与计算机之间的直接通信的过程。•计算机网络的发展经历了四个阶段：联机系统阶段、网络互联阶段、标准化网络阶段、网络互连与高速网络阶段。1．联机系统阶段2.计算机网络互联阶段3.标准化网络阶段•对各种体系结构来说，同一体系结构的网络产品互连是非常容易实现的，而不同系统体系结构的产品却很难实现互连。•1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”(OpenSystemInterconnectionBasicReferenceModel：OSI/RM)的国际标准。（7层参考模型）4.网络互连与高速网络•进入90年代，计算机网络向互联、高速、智能化方向发展，并获得广泛的应用。计算机网络发展的特点是Internet的广泛应用与ATM技术的迅速发展。•网络互连和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。5.2.2计算机网络的定义•计算机网络还没有一个精确的定义，在计算机网络发展过程的不同阶段，人们给出了计算机网络的不同定义。•计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置分散的、具有独立功能的多个计算机系统连接起来，按照以功能完善的网络软件(即网络通信协议、信息交换方式和网络操作系统(NetworkOperatingSystem：NOS等)进行数据通信，以实现网络中资源共享和信息传递的系统。5.2.3计算机网络的主要部件•资源子网由主机系统、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。•通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，负责完成网络数据传输、转发等通信处理任务。计算机网络主要由以下部件组成：•(1)主计算机(HostComputer：HC)，简称主机•(2)终端(Terminal：T)•(3)通信控制处理机(CommunicationControlProcessor：CCC)，简称通信控制器•(4)集中器(Concentrator：C)，又称集线器•(5)多路复用器(MUX)•(6)调制解调器(Modem)•(7)线路控制器(LineController：LC)•(8)前端处理机(FrontEndProcessor：FEP)•(9)通信线路5.2.4计算机网络的传输媒体•1．有线传输介质•(1)双绞线无屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair：UTP)和屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair：STP)铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层铜线聚氯乙烯套层绝缘层(2)同轴电缆外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体①50Ω同轴电缆②75Ω同轴电缆(3)光缆2．无线传输介质•(1)短波•(2)无线地面微波接力通信•(3)卫星通信•(4)VSAT卫星通信•(5)红外线通信和激光通信5.2.5计算机网络的分类•1．按距离划分•(1)广域网(WideAreaNetwork：WAN)•(2)城域网(MetropolitanAreaNetwork：MAN)•(3)接入网(AccessNetwork：AN)•(4)局域网(LocalAreaNetwork：LAN)城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网广域网局域网局域网校园网企业网……2．按网络的功能划分•(1)电路交换(CircuitSwitching)•(2)报文交换•(3)分组交换(PacketSwitching)•(4)混合交换(在一个数据网中同时采用电路交换和分组交换)5.2.6计算机网络拓扑结构•1．拓扑的概念•计算机科学家通过采用从图论演变而来的“拓扑”方法，把工作站、服务器(Sever)等网络单元抽象为“点”，把网络中的电缆等通信媒体抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机网络系统，就形成了点和线组成的几何图形，从而抽象出了网络系统的具体结构。2．链路与通路•链路是两个节点间的连线。链路分“物理链路”和“逻辑链路”两种，前者是指实际存在的通信连线，后者是指在逻辑上起作用的连线。•通路是从发出信息的节点到接收信息的节点的一串节点和链路。也就是说，它是一系列穿越通信网络而建立起的节点到节点的链路。3．网络拓扑结构•网络拓扑结构是指一个网络中各个节点之间互连的几何构形，即指各个节点之间的连接方式。(1)总线型网络(BusNetwork)结构终接器工作站工作站工作站工作站主机打印机(2)树型网络(TreeNetwork)结构工作站工作站(3)星型网络(StarNetwork)结构主机工作站工作站工作站工作站工作站集线器(4)环型网络(RingNetwork)结构工作站工作站工作站工作站工作站工作站主机5.2.7计算机网络的体系结构•计算机网络系统是由各个节点相互连接而成的，每个节点都是具有通信功能的计算机系统，并且是按照层次结构来构造的。不同系统的各个层次实体之间应能够相互通信。•两个实体要想实现通信，则必须使用相同的语言以及遵从双方都能接受的规则，这些规则的集合称为网络协议(NetworkProtocol)。网络协议由三个部分组成•(1)语法：数据与控制信息的结构或格式、编码和信号电平等。•(2)语义：用于协调同步和差错处理的控制信息。•(3)同步：事件实现顺序的详细说明，包括速度匹配和排序等。•计算机网络的体系结构(architecture)是用层次结构设计方法提出的计算机网络的层次结构及其协议的集合。或者，是计算机网络及其部件所应完成的各种功能的精确定义。•国际标准化组织在1977年成立一个分委员会来专门研究网络通信的体系结构问题，并提出了OSI/RM，它是一个定义异构计算机连接标准的框架结构。•OSI为面向分布式应用的“开放”系统提供了基础。OSI/RM体系结构图协议数据单元应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层网络层链路层物理层网络层链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层子网内部协议应用层协议表示层协议会话层协议传输层协议网络层协议链路层协议物理层协议通信子网转接结点转接结点系统1系统2层次7654321报文报文报文报文分组帧比特•在网络分层体系结构中，每一个层次在逻辑上都是相对独立的；每一层都有具体的功能；层与层之间的功能有明显的界限；相邻层之间有接口标准，接口定义了低层向高层提供操作服务；计算机间的通信是建立在同层次之间的基础上。•1．物理层(PhysicalLayer)•2．数据链路层(DataLinkLayer)•3．网络层(NetworkLayer)•4．传输层(TransportLayer)•5．会话层(SessionLayer)•6．表示层(PresentationLayer)•7．应用层(ApplicationLayer)5.2.8计算机网络间的互连•计算机网络之间的互连(Interconnection)是指网络在物理上的连接，两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路，它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性，但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要取决于两个网络的通信协议是不是相互兼容。•1．中继器(Repeater)（物理层互联设备）•2．网桥(Bridge)（数据链路层互联设备）•3．路由器(Router)（网络层互联设备）•4．网关(Gateway)（网络层以上的互联设备）5.3Internet和TCP/IP协议•Internet是由大量计算机连接在一个巨大的通信系统平台上，它们共同遵循TCP/IP协议，以美国国家科学基金会NSF(NationalScienceFoundation)的主干网NSFnet为基础的全球最大的计算机互联网。Internet与人类的社会、经济生活密切相关。5.3.1Internet的起源•Internet是全球性的、最具影响力的计算机互联网络，也是世界范