计算机科学技术导论（第二版） 第4章 计算机网络与通信.ppt

1、第 4章 计算机网络与通信,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： l 计算机通信的基础知识、 l计算机网络的体系结构与使用方式 l Intranet和Extranet的区别 l 如何使用浏览器进行上网等等 l TCP/IP协议的功能及它的层次结构 l域名系统,第4章 计算机网络与通信,4.1 计算机网络 4.2 数据通信 4.3 因特网 4.4 WWW和浏览器 4.5个人网站的创建和网页的制作,4.

2、1.1 计算机网络定义,1. 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：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,计算机网络从产生到发展，总体来说可以分成4个阶段。 1面向终端的计算机通信网 2分组交换网 3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 4宽带综合业务数字网（B-ISDN）,4.1.3 计算

3、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：它提供节点之间的数据通信功能。 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：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,1.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。 2.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）。 3.按用途划分，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。 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

4、状型、树型等。 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,1. 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。 2.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（Open System Interconnection,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

5、的交换。,4.1.6 OSI参考模型,1OSI参考模型的基本概念 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（portability）。 2. OSI各层的主要功能 物理层：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。 数据链路层：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

6、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。,网络层：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。 传输层：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。 会话层：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。 表示层：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。 应用层：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

7、用户的需要。,4.1.7 计算机网络的功能,1数据通信：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）。 2资源共享：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。 3易于进行分布处理：在计算机网络中，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,1数据和信息：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。 信息是人借助于数据表示的、按已知约定赋予数据的含义。 2信号：信号是数据的电磁编码或电子编码。

8、在通信系统中，信号分为模拟信号和数字信号。 3信源：通信过程中发送信息的设备称为信源。 4信宿：通信过程中接受信息的设备称为信宿。 5信道：信源和信宿之间的通信线路称为信道。 6计算机通信：计算机通信就是通过通信信道，将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,4.2.2 数据传输方式,1数据基本传输方式 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4.1 图4.1 并行和串行传输方式示意图,2数据传送方向 串行通信中，按照数据传送的方向，可分为单工和双

9、工两种方式；而双工方式又可分为半双工和全双工方式。 单工方式：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。 半双工方式：使用同一条传输线，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。 全双工方式：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 图4.2 据传送方向示意图,4.2.3 异步传输和同步传输,1异步传输 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。 例如图4.3表示传送字符“E”的AS

10、CII码的波形。 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ASCII 45H，这是一个由低位到高位表示的二进制码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。 每个字符为一帧信息，它由4部分组成。 l起始位：1位，低电平表示。 l数据位：58位，低位在前，高位在后。 l校验位：1位，对数据进行校验，奇校验或偶校验。 l停止位：12位，高电平表示。,图4.3 字符“E”的异步传送波形 2同步传输 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

11、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，每个数据块可根据实际情况为512字节、1024字节等。,返回前一页,图4.4 同步传送格式 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,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

12、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。 1检错码 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。 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。,2纠错码 纠错码是指在发送每个组信

13、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。 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”。 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

14、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,4.3.2 因特网的构成,1什么是因特网 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。 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。 因特网的逻辑结构如下图所示。,

15、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）。 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。 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。 2因特网的主要组成部分 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（

16、如卫星、无线电等） 。,路由器：当数据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 。 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 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。 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。 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

17、频等多种信息类型。,4.3.3 TCP/IP参考模型,IP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。 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 。 TCP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 。 UDP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

18、场合。DUP协议定义的数据传输不需要使用TCP的排序或流量控制。 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 。,TCP/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。,4.3.4 TCP/IP应用举例,TCP/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

19、点。 假设你写了一部小说，你想把它整个地寄给出版商。将它放在一个包里当然最简单了，但也显得太雍肿了。更糟的是，万一这个邮包丢了怎么办？相反，如果将它分成几个小的部分，比如四分，则如果其中一个包丢了，你只需要重发这本书的四分之一，而不是整本书。 对于你的这部小说，现在每个包都已放到Internet上去了 ，将四个包放到邮箱里，然后它们到达”邮局”，但不一定在同一条“邮路”上，可能是不同的旅途。不过，它们最终都会到达出版商那里，出版商将包裹打开，再将这本小说整理复原。如下图所示。,上图是一个文件在网上旅行的示意图,4.3.5 IP地址与域名,1IP地址 在因特网上，每台主机、终端、路由器都有自己的

20、IP地址。这个IP地址是全球唯一的，用于标识本机在因特网中的位置。每个IP地址分为4个段，共32位。每段中使用一个0255的十进制数字，每段之间用“”分隔。 表4.2给出了IP地址的十进制、进二和十六进制形式。,每个IP地址由网络标识（NetID）和主机标识（HostID）两部组成，分别表示一台计算机所在的网络和在该网络内的这台计算机。IP地址按第一个字节的前几位是0或1的组合，标识为A、B、C、D、E五类地址，如下图所示。 上图为 IP地址格式,2域名 数字形式的IP地址难以记忆，故在实际使用时常采用字符形式来表示IP地址，即域名系统DNS（Domain Name System）。域名系统采

21、用的是一种层次结构的命名机制，即域名由若干子域名构成，子域名之间用小数点的圆点来分隔。 域名的层次结构如下： .三级子域名.二级子域名.顶级子域名 例如，西南财经大学的WWW服务器的域名是WWW.SWUFE.EDU.CN。在这个域名中，顶级域名是CN（表示中国），第二级子域名是EDU（表示教育部），第三级子域名是SWUFE(表示西南财经大学)，最左边的WWW则表示某台主机名。表4.3中左侧列举了一些职能机构的主机域名缩写，右侧列举了部分国家和地区的主机地域域名缩写。美国作为因特网的诞生地，不使用地域域名。,4.3.6 Internet的连接方式,Internet主要有三种连接方式： 1直接或专

22、线连接：这种连接比效昂贵，个人使用的较少。许多大学、服务提供商和公司等组织经常使用。专线连接的主要优点是：完全的Internet功能访问，对个人来说容易连接以及快速的响应和获取信息。 2. SLIP/PPP连接：SLIP（ERIAL line Internet Protocol）和PPP（Point-to-Point Protocol）方式使用高速的调制解调器和标准的电话线，能连接到具有直接连接Internet能力的一个提供商。 3终端连接:终端连接（terminal connection）方式和SLIP/PPP连接方式一样，但是，不同的是：客户端计算机上运行的不是支持SLIP/PPP协议的软

23、件，而是仿真远地接入Internet的计算机终端的软件。通过远地计算机去访问Internet。,4.3.7 Internet的服务功能,因特网提供的基本服务功能主要有以下几种：电子邮件E-mail、远程登录Telnet、 文件传输FTP、WWW服务。 1电子邮件服务 与传统通信方式相比，而今的电子邮件系统具有明显的优点： 电子邮件比人工邮件传递迅速，达到的范围广，而且可靠。 电子邮件与电话相比，不要求双方都在场，而且不需要知道通信对象在网络中的 具体位置。 电子邮件可以实现一对多的邮件传送。 电子邮件可以将文字、图象、语音等多种类型的信息集成在一个邮件中传送，因此它将成为多媒体信息传送的重要手

24、段。,2远程登录服务 利用因特网提供的远程登录服务可以实现： l本地用户与远程计算机上运行的程序相互交互。 l用户登录到远程计算机时，可以执行远程计算机上的任何应用程序（只要该用户具有足够的权限）。 l用户可以利用个人计算机去完成许多只有大型计算机才能完成的任务。 3件传输服 在Internet上浏览时，我们经常会遇到这样一些问题，当发现一篇有用的文章或发现一个有趣的程序，想把它放在自己使用的PC机上时，或者是想把自己制作的文件、程序存放到网上供他人浏览和使用，这就自然而然的涉及到文件传输问题，也就涉及到了FTP。 FTP最大的特点在于它的协议简单，支持所有格式文件的传输，需要注意的是，FTP

25、在传输文件时有两种不同的格式，即文本文件（ASCII）传输格式和二进制文件传输格式。,FTP是交互式的传输协议。户使用自己机器上的FTP应用程序，向Internet上的FTP服务器发出连接请求，FTP在用户的计算机和FTP服务器间建立FTP连接，之后用户就可以对FTP服务器进行交互式访问了。用户每给出一个命令，FTP服务器都会响应并执行该命令。 上传和下载。从FTP服务器上传输一份目标文件拷贝到自己的计算机上，叫做文件的下载，英文写作Download。而把一份文件由自己的计算机传输到FTP服务器上存储叫做文件的上传（Upload）。 4WWW服务 WWW的中文译名为万维网 。WWW通过独特的超

26、链接技术，在位于不同位置的文件间建立了联系，为用户提供一种交叉式查询方式。 WWW服务器的数据文件是用HTML编写的，其中链接目标用统一资源定位器表示,返回,4.4.1 WWW的由来和特点 4.4.2 统一资源定位符URL 4.4.3 超文本传输协议HTTP和超文本 标记语言HTML 4.4.4 主页的基本概念 4.4.5 WWW浏览器 4.4.6 搜索引擎,返回,4.4.1 WWW的由来,1989年World Wide Web(缩写为WWW)诞生于设在瑞士日内瓦的欧洲粒子物理研究中心CERN。World Wide Web也称为Web，是一种基于Internet的跨越全球的超媒体网络系统，它把

27、分散在全世界各地服务器上的文本、图形、音频和视频等信息资源有机地结合在一起，组成Web网页，通过超链接在Internet上构成一个巨大的逻辑网络，这正是World Wide Web一词的含义和由来。,4.4 WWW万维网和浏览器,4.4.2 统一资源定位符URL,URL的位置对应在IE浏览器窗口中的地址栏，URL的格式为： 协议服务类型：/主机域名：端口号/文件路径/文件名 例如对Web服务器的访问，输入的URL为：/hypertext/project.html，其中协议的名字为http，服务器主机域名为，包含该Web的页面文件路径和文件名为

28、hypertext/project.html。,返 回,4.4.3 超文本传输协议 和超文本标记语言,1超文本传输协议HTTP 超文本传输协议HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)是WWW客户机与WWW服务器之间多媒体数据的应用层传输协议，用来在WWW上进行多媒体的传输 。 超文本指的是一种开放性的阅读信息的方式，可以根据阅读者的喜好选择性的阅读信息。通常，一个超文本文档包含大量的链接，在浏览器中表现为蓝色加下划线的方式。这些醒目的链接叫做锚点和超链点。 2超文本标记语言HTML 超文本标记语言（Hyper Text Makeup Language，HTML）是一

29、种用来创作万维网页面的描述语言 。HTML使用HTML标签来定义文档的格式、组成和链接关系，如字形、字体、表单、标题和统一资源地址等 。,4.4.4 主页的基本概念,主页(HomePage)是指一个Web站点的首页。它包含个人或机构基本信息的页面，用于对个人或机构进行综合性介绍，是访问个人或机构详细信息的入口点，用户通过主页上所提供的链结便可以进入到其他页面，访问关于个人或机构的详细信息。因而用户只要了解到个人或机构的主页的URL，便可以访问与主页直接链接或间接链接的页面。 目前，几乎所有连接到因特网上的公司和大学都有自己的主页，或正在积极开发自己的主页。主业已成为企业、学校、机关形象的标志和

30、对外的窗口。,4.4.5 WWW浏览器,在本节中，简单介绍Microsoft Internet Explore浏览器的使用方法。 Internet Explore是微软公司的产品，简称为IE。在微软公司的操作系统产品Windows 9x,Windows NT和Windows 2000种都捆绑了这个浏览器。 在Windows 98桌面上双击Internet Explore图标，启动浏览器。下图为浏览器的主界面。,4.4.6 搜索引擎,帮助用户完成网页信息搜索任务的是万维网上的网页搜索引擎。 是最著名的搜索引擎之一，下图所示的是这个网站的中文版页面。,在这个主页上，需要搜索网页信息的用户在网页搜索

31、文本框中填写与搜索相关的字或词，然后单击“搜索”按钮之后，搜索引擎便开始工作，并将搜索到的与关键字相关的网页地址显示在浏览器中。 除了Yahoo！以外，还有一些非常著名的万维网搜索引擎参见下表。这张表仅仅列举了一部分搜索引擎网站。很多网站上都带有自己的搜索引擎，用于搜索本网站中的网页或是万维网上的其他网站。,建立网站的步骤：,l首先在Internet网上申请一个免费的主页空间和域名。 l在自己的计算机上设计、制作网页。 l网页制作完成后，即可通过FTP客户端软件，将与网站相关的网页文件、图片文件、动画文件等上传到Internet上。 l将网站登记到搜索引擎上，为自己所做的网站进行宣传，让广大的

32、用户知道、访问这个新网站。,4.5 个人网站创建和网页制作,4.5.1 网页及网站规划设计,规划网站时，一般应注意以下几点： l不同的浏览器对同一HTML文件的处理方式不一定完全相同，因此，设计网页时应考虑让所有的浏览器都能正常浏览。 l在确定网站总体机构时，应遵循“层次分明”的基本原则。避免形成复杂的网状机构。 l在选取材料时，应以文本信息为主，以多媒体材料为辅，使多媒体材料起画龙点睛的作用。 l访问者对网站的第一印象在很大程度上取决于其对主页的感觉，因此，要大力气对主页进行精雕细刻。 l网站的内容要经常更新。 l网页中文本内容要简明扼要，为实现设计目标服务。 l网页的内容要符合国家计算机信

33、息网络安全保护管理办法的规定。,4.5.2 网页的主要内容 和网页的优化,1. 网页中的主要内容有： 背景：设计者可以用自己喜欢的颜色或图片对网页进行装饰，以强调网页的整体风格。 文本：设计者要着重设计文本的编排格式。网页编辑软件可以设置网页中文本的各种属性， 表格：适当使用表格，可以大幅度提高页面空间的利用率。此外，表格还是进行页面布局的有力工具。 框架：借助框架，可将页面划分为若干区域，其中每个区域都对应一个独立的HTML文件，可在不同的区域显示不同的页面。 图像：大小适中、制作精美的图像能够在很大程度上增加访问者的访问兴趣。 表单：表单用于从访者问获取信息，当访问者将信息填入表单并将表单

34、提交给服务器后，服务器就可以从中提取信息并交由相关程序进行处理。,2. 网页的优化 网页优化内容大致包括：减少数据量、改善视觉效果、提高网站对浏览器的兼容性等。 下面是几个常用的优化原则： l正确选择图像格式。用于页面的基本图像格式有GIF和JPEG两种。 l提供多个版本。网络用户遍布五湖四海，他们使用不同的语言、计算机、浏览器等。因此如果网站需要对多种类型的用户开放，最好能提供多种版本。 l优化配色方案。初做网页人可能会选择五颜六色的图片作为背景，其实这样做效果并不好。一般而言，多数是以白色、蓝或黄色为基色，再点缀一些其他颜色，使整个页面显得典雅、温馨又活泼。 l突出网站的特点。这里所说特点是指网站的内容要有新意，否则所制作的站点将会淹没在茫茫的Internet海洋里。,4.5.3 网页设计制作工具,这里简单介绍几种有特色的网页制作工具。 1入