计算机科学导论第5章网络计算

1计算机科学导论第5章网络计算2计算机科学导论本章学习目标◆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3计算机科学导论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和运动状态。•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–数字数据4计算机科学导论•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–数字信号5计算机科学导论•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)。6计算机科学导论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。7计算机科学导论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88计算机科学导论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。9计算机科学导论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。10计算机科学导论1．联机系统阶段11计算机科学导论2.计算机网络互联阶段12计算机科学导论3.标准化网络阶段•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。13计算机科学导论4.网络互连与高速网络•网络互连和高速计算机网络就成为第四代计算机网络。14计算机科学导论5.2.2计算机网络的定义•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。15计算机科学导论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。16计算机科学导论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……17计算机科学导论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)18计算机科学导论5.2.6计算机网络拓扑结构•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。19计算机科学导论(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20计算机科学导论(2)树型网络(TreeNetwork)结构工作站工作站21计算机科学导论(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22计算机科学导论(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23计算机科学导论5.2.7计算机网络的体系结构•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)。•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。24计算机科学导论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25计算机科学导论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)•2．网桥(Bridge)•3．路由器(Router)•4．网关(Gateway)26计算机科学导论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，也是世界范围的信息资源宝库。目前，它已经成为覆盖全球的信息基础设施之一。•Internet的前身是ARPANET。•TCP/IP协议为任何一台计算机连入Internet提供了技术上的保障，任何人、任何实体都可以加入到Internet中。27计算机科学导论5.3.2TCP/IP协议应用层传输层网际层网络接口层SMTPFTPTELNETDNSSNMPNVPTETPTCPUDPIPICMPARPRARP802.3802.5FDDIHDLC28计算机科学导论5.3.3IP地址•1．IP地址结构网络号(net-id)主机号(host-id)29计算机科学导论3．下一代的网际协议•IPv6把原来IPv4地址增大到了128bit。•IPv6没有完全抛弃原来的IPv4，且允许与IPv4在若干年内共存，它使用一系列固定格式的扩展首部取代了IPv4中可变长度的选项字段。•IPv6对IP数据报协议单元的头部进行了简化，仅包含7个字段(IPv4有13个)。30计算机科学导论5.3.4Internet提供的主要服务•1．服务(WorldWideWeb)•(1)超文本传输协议（HTTP，HyperTextTransferProtocol）•(2)统一资源定位器（URL，UniformResourceLocator）31计算机科学导论2．域名系统•由于IP地址很难记忆，为了使用和记忆方便，Internet还采用了域名管理系统，简称DNS(DomainNameSystem)。•域名系统与IP地址的结构一样，也是采用层次结构。•任何一个连接在Internet上的主机或路由器，都有一个惟一的层次结构的名字，即域名。•域名的结构由若干个分量组成，顶级域名放在最右面，各分量之间用“.”隔开：···.三级域名.二级域名.顶级域名。32计算机科学导论3．电子邮件服务•电子邮件服务基于客户机/服务器结构。•电子邮件包括邮件头(mailhead)与邮件体(mailbody)两部分。33计算机科学导论4．文件传输服务•文件传输服务又称为FTP服务，FTP应用程序遵循TCP/IP协议组中的文件传输协议。•FTP服务采用的是典型的客户机/服务器工作模式。•大多数FTP服务都是匿名服务。•目前，常用的FTP下载工具主要有CuteFTP、LeapFTP、AceFTP、BulletFTP、WS-FTP等。34计算机科学导论5．远程登录服务•远程登录服务又被称为Telnet服务，是指用户使用Telnet命令、使自己的计算机暂时成为远程计算机的一个仿真终端的过程。•远程登录服务采用的是典型的客户机/服务器工作模式。35计算机科学导论5.3.5Intranet•Intranet的技术的特点有：•(1)Intranet为用户提供了友好统一的浏览器界面。•(2)Intranet可以简化用户培训过程。•(3)Intranet可以改善用户的通信环境。•(4)Intranet可以为企业实现无纸办公创造条件。36计算机科学导论5.4网络管理•1．基本概念•网络管理简称为网管，主要是指对网络硬件、网络软件和人力资源的使用、协调和综合。•2．网络管理的目标•(1)减少停机时间，改进响应时间，提高设备利用率；•(2)减少运行费用，提高效率；•(3)减少/消灭网络瓶颈；•(4)适应新技术(多媒体，多平台)；•(5)使网络更容易使用；•(6)安全。37计算机科学导论5.6.5防火墙技术•1．防火墙的基本概念•防火墙(Firewall)是由硬件(路由器、服务器等)和软件构成的系统，用来在两个网络之间实施接入控制策略，是一种屏障。38计算机科学导论3．防火墙的分类•(1)网络级防火墙•网络级防火墙主要用来防止整个网络出现外来非法的入侵，有分组过滤(PacketFiltering)和授权服务器(AuthorizationSever)。•(2)应用级防火墙•应用级防火墙是从应用程序来进行接入控制，有应用网关和代理服务器(ProxySever)。通过分组过滤路由器检查过的报文，还要过一步接受应用网关的检查。39计算机科学导论5.7网格计算导论•网格(Grid)是一个新出现的概念，代表了一种先进的技术和基础设施，是继Internet之后又一次重大的科技进步。•网格计算(GridComputing)就是网格的问题求解，独立的用户组在高速网络上动态地共享计算机资源，以满足不断变化的计算需求。•网格计算系统一般由网格硬件、网格操作系统、网格界面、网格应用4层基本结构构成，其最突出的特点是资源共享、协同工作和开放性标准。40计算机科学导论5.8本章小结•自从有了Internet，人们就可以从网络上获取各种各样的信息资源，人们还可以在网上从事商务活动，从而在一定程度上改变了人们的生活和工作方式，推动了人类社会的进步。•本章阐述了数据通信的方式和传输的方式、计算机网络的发展过程及网络体系结构、Internet及TCP/IP协议、网络管理和网络安全、移动通信和无线上网、网格计算等内容，旨在帮助读者对计算机网络有一个整体的认识，为今后继续学习计算机网络打下基础。