計(jì)算機(jī)科學(xué)導(dǎo)論基于計(jì)算思維的思想與方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第十一章新工科建設(shè)之路·計(jì)算機(jī)類系列教材01計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象01一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念1.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義讓算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(ComputerNetwork)是指把分布在不同地點(diǎn)，并縣有獨(dú)立功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)通信設(shè)備和線路連接起來(lái)，在功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件和協(xié)議的管理下，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和交換為目標(biāo)的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象01一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念2.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的形成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展至今，經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從單機(jī)到多機(jī)、由終端與計(jì)算機(jī)之間的通信演變到計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的直接通信，經(jīng)歷了4個(gè)階段。(1)遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)階段；(2)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)階段；(3)標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)階段；(4)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與高速網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象01一、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念3.網(wǎng)絡(luò)的功能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最大的優(yōu)點(diǎn)是最大限度地為用戶提供信息共享及信息的快速傳遞，網(wǎng)絡(luò)的功能可概括為5個(gè)方面：資源共享、網(wǎng)絡(luò)通信、分布式處理、集中管理、均衡負(fù)荷。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象01二、網(wǎng)絡(luò)的基本類型1.有線網(wǎng)(CableNetwork)有線網(wǎng)是指網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間以及網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的信息傳遞是通過(guò)有線傳輸介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接的地理范圍，可將有線網(wǎng)絡(luò)分成為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和接入網(wǎng)。2.無(wú)線網(wǎng)(WirelessNetwork)為了區(qū)分不同的信號(hào)，采用不同的頻率進(jìn)行信息傳輸。與有線網(wǎng)相似，無(wú)線網(wǎng)通常也按網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍分類。(1)無(wú)線個(gè)域網(wǎng)，(2)無(wú)線局域網(wǎng)，(3)無(wú)線城域網(wǎng)，(4)無(wú)線廣域網(wǎng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象01三、OSI/RM體系結(jié)構(gòu)據(jù)的格式和時(shí)序。我們把為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換面制定的規(guī)則、約定和標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，它是兩個(gè)實(shí)體間完成通信或服務(wù)必須遵循的規(guī)則和約定。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通常分為對(duì)等層間的對(duì)話協(xié)議和相鄰層間的接口協(xié)議，主要由以下三要素組成。(1)語(yǔ)法；(2)語(yǔ)義；(3)時(shí)序1.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述——抽象01三、OSI/RM體系結(jié)構(gòu)2.OSI/RM模型OSIRM將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)按照功能分為7層，要求在兩個(gè)通信實(shí)體(系統(tǒng)A和系統(tǒng)B)必須遵循這7層結(jié)構(gòu)，如圖11-2所示。02網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論021.數(shù)據(jù)類型在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信線路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)，可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。一、數(shù)據(jù)通信2.信號(hào)類型信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式，具有確定的物理描述，分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論023.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼0、1比特序列的過(guò)程，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)就是這個(gè)過(guò)程的物理實(shí)現(xiàn)，并且由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備3大部分組成。數(shù)據(jù)誦信系統(tǒng)如圖11-4所示。一、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論021.串行傳輸與并行傳輸串行傳輸是指數(shù)據(jù)以串行方式在一條信道上傳輸，在計(jì)算機(jī)中通常用8位二進(jìn)制代碼表示一個(gè)字符。在數(shù)據(jù)通信中，可以按如圖11-5所示的方式，將待傳輸?shù)拿總€(gè)字符的二進(jìn)制代碼按由低位到高位的順序依次傳輸，稱為串行傳輸。二、數(shù)據(jù)傳輸方式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論02(2)并行傳輸(ParallelTransmission)并行傳輸是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上傳輸。數(shù)據(jù)通信中將表示一個(gè)字符的8位二進(jìn)制代碼同時(shí)通過(guò)8條并行的通信信道發(fā)送出去，每次發(fā)送一個(gè)字符代碼，這種工作方式稱為并行傳輸，如圖11-6所示。二、數(shù)據(jù)傳輸方式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論022.同步傳輸與異步傳輸(1)同步傳輸(SynchronousTransmission)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中通常使用的同步技術(shù)可分為兩類，一類是位同步，另一類是字符同步。(2)異步傳輸(AsynchronousTransmission異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的，因而實(shí)現(xiàn)比較容易；但每傳輸一個(gè)字符都需要多使用2~3位，故適合低速通信。二、數(shù)據(jù)傳輸方式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論02多路復(fù)用傳輸?shù)幕驹砣鐖D11-9所示。三、多路復(fù)用傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論021.模擬——數(shù)字調(diào)制編碼模擬——數(shù)字調(diào)制編碼是把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的編碼方法。由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高、便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，因此將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化已成為必然趨勢(shì)。模擬——數(shù)字調(diào)制編碼的最常用方法是脈沖編碼調(diào)制，其典型應(yīng)用是語(yǔ)音數(shù)字化。PCM的工作過(guò)程包括3個(gè)步驟：采樣、量化與編碼，如圖11-12所示。四、數(shù)據(jù)調(diào)制編碼網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論022.數(shù)字——數(shù)字調(diào)制編碼利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的方法稱為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。數(shù)字信號(hào)在進(jìn)行基帶傳輸前，需要進(jìn)行數(shù)字編碼(Encoding)。數(shù)字信號(hào)的數(shù)字編碼就是把數(shù)字信號(hào)用物理信號(hào)的波形表示，用高低電平的不同組合來(lái)表示二進(jìn)制。常用的編碼方式主要有3種：不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼，如圖11-13所示。四、數(shù)據(jù)調(diào)制編碼網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸——理論02五、數(shù)據(jù)分組交換在網(wǎng)絡(luò)通信中，數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的某種轉(zhuǎn)發(fā)方式，實(shí)現(xiàn)從一個(gè)端系統(tǒng)到另一個(gè)端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為數(shù)據(jù)交換技術(shù)。數(shù)據(jù)交換方式可分為電路交換、報(bào)文交換和分組交換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用分組交換(PacketSwitching)，也稱為報(bào)文分組交換或包交換，分組的目的是便于信息的傳遞。03網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03一、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1.總線型結(jié)構(gòu)(Bus-NetworkStructure)總線型結(jié)構(gòu)是指所有節(jié)點(diǎn)共享一條數(shù)據(jù)通道，一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可以被網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)節(jié)點(diǎn)接收。總線型結(jié)構(gòu)采用一根傳輸總線，所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)硬件接口連接在這根傳輸總線上，網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)處理機(jī)、存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備等共享同一通路，因而總線成了數(shù)據(jù)交換的唯一公共通路，如圖11-15所示。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03一、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.星型結(jié)構(gòu)(Star-NetworkStructure)星型結(jié)構(gòu)是以服務(wù)器為中心，連接若干外圍節(jié)點(diǎn)的輻射式互連結(jié)構(gòu)，如圖11-16所示。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03一、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.樹(shù)型結(jié)構(gòu)(Tree-NetworkStructure)樹(shù)型結(jié)構(gòu)是星型結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展，是分層次結(jié)構(gòu)，具有根節(jié)點(diǎn)和分支節(jié)點(diǎn)，如圖11-17所示。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03一、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4.環(huán)型結(jié)構(gòu)(Ring-NetworkStructure)有上游節(jié)點(diǎn)和下游節(jié)點(diǎn)之稱。用戶N是用戶N+1的上游節(jié)點(diǎn)用戶，用戶N+1是用戶N的下游節(jié)點(diǎn)用戶。如果N+1節(jié)點(diǎn)需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到N節(jié)點(diǎn)，則幾乎要繞環(huán)一周才能到達(dá)N節(jié)點(diǎn)，如圖11-18所示。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03一、網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)5.網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(Netlink-NetworkStructure)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的所有節(jié)點(diǎn)之間的連接是任意的，目前實(shí)際存在與使用的廣域網(wǎng)基本上采用.網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖11-19所示。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03二、網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)1.通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)層。通信子網(wǎng)的主要任務(wù)是將各種計(jì)算機(jī)互連起來(lái)，完成數(shù)據(jù)傳輸、交換和通信處理。就局域網(wǎng)而言，通信子網(wǎng)由網(wǎng)卡、纜線、集線器、中繼器、網(wǎng)橋、路由器、交換機(jī)等設(shè)備和相關(guān)軟件組成；就廣域網(wǎng)而言，通信子網(wǎng)由一些專用的通信處理機(jī)節(jié)點(diǎn)交換機(jī)及其運(yùn)行的軟件、集中器等設(shè)備和連接這些節(jié)點(diǎn)的通信鏈路組成。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03二、網(wǎng)絡(luò)的邏輯結(jié)構(gòu)2.以太網(wǎng)以太網(wǎng)是基于總線型結(jié)構(gòu)的廣播式網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)有局域網(wǎng)中最早標(biāo)準(zhǔn)化的，也是目前最成熟、最成功、應(yīng)用最廣泛的一種局域網(wǎng)技術(shù)。基于載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect，CSMAVCD)方法、采用IEEE802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行在10Mbps速率的局域網(wǎng)稱為傳統(tǒng)以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)傳輸速率在100Mbps以上的局域網(wǎng)稱為高速局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成——設(shè)計(jì)(I)03三、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備不同功能層次的網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)，涉及的互連設(shè)備必然不同。從互連的層次上講，通常有物理層互連、數(shù)據(jù)鏈路層互連、網(wǎng)絡(luò)層互連和網(wǎng)絡(luò)高層互連。不同層次的互連都有各自的互連特點(diǎn)及其互連設(shè)備。一般，網(wǎng)絡(luò)采用的協(xié)議差別越大，進(jìn)行互連的層次就越高，互連設(shè)備的實(shí)現(xiàn)也就越復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)各層與相應(yīng)設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖11-21所示。04計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)——設(shè)計(jì)(II)計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)——設(shè)計(jì)(II)04一、Internet的IP地址1.IP地址的概念在Internet上，每臺(tái)主機(jī)、終端、服務(wù)器和路由器都有自己的IP地址，這個(gè)IP地址是全球唯一的，用于標(biāo)識(shí)該機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的位置。由于目前使用的IP協(xié)議的版本為4.0，所以又稱為IPv4，它規(guī)定每個(gè)IP地址用32個(gè)二進(jìn)制位表示(占4字節(jié))。計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)——設(shè)計(jì)(II)04一、Internet的IP地址2.IP地址的分類在Internet中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，常將IP地址分為A、B、C、D、E五類。A類地址主要用于大型(主干)網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)量少，但擁有的主機(jī)數(shù)量多。B類地址主要用于中等規(guī)模(區(qū)域)網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和主機(jī)數(shù)量大致相同。C類地址主要用于小型局域網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)數(shù)量多，但擁有的主機(jī)數(shù)量少。D類地址通常用于已知地址的多點(diǎn)傳送或者組的尋址。E類地址為將來(lái)使用保留的實(shí)驗(yàn)地址，目前尚未開(kāi)放。計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)——設(shè)計(jì)(II)04二、Internet的域名系統(tǒng)1.域名地址DNS使用與主機(jī)位置、作用、行業(yè)有關(guān)的一組字符來(lái)表示IP地址，這組字符類似英文縮寫(xiě)或漢語(yǔ)拼音，這個(gè)符號(hào)化了的IP地址被稱為“域名地址”，簡(jiǎn)稱為“域名”，并由各段(子域)組成。計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)——設(shè)計(jì)(II)04二、Internet的域名系統(tǒng)2.域名結(jié)構(gòu)設(shè)置主機(jī)域名時(shí)必須符合以下規(guī)則。①域名的各段之間以“”分隔。從左向右看，“”右邊域總是左邊域的上一層，只要上層域的所有下層域名字不重復(fù)，那么網(wǎng)上的所有主機(jī)的域名就不會(huì)重復(fù)。②域名系統(tǒng)最右邊的域?yàn)橐患?jí)(頂級(jí))域，如果該級(jí)是地理位置，則通常是國(guó)家(或地區(qū))代碼，如cn表示中國(guó)。③第二級(jí)是“組織名”④域名不區(qū)分大小寫(xiě)字母。計(jì)算機(jī)因特網(wǎng)——設(shè)計(jì)(II)04二、Internet的域名系統(tǒng)3.域名分配域名的層次結(jié)構(gòu)給域名的管理帶來(lái)了方便，每部分授權(quán)給某機(jī)構(gòu)管理，授權(quán)機(jī)構(gòu)可以將其所管轄的名字空間進(jìn)一步劃分，授權(quán)給若干子機(jī)構(gòu)管理，形成樹(shù)型結(jié)構(gòu)，如圖11-22所示。05計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)——理論與設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)——理論與設(shè)計(jì)05一、防病毒技術(shù)1.病毒的定義第28條中明確提出：“計(jì)算機(jī)病毒是指編制或者在計(jì)算機(jī)程序中插入的破壞計(jì)算機(jī)功能或數(shù)據(jù)，影響計(jì)算機(jī)使用并能夠自我復(fù)制的一組計(jì)算機(jī)指令或者程序代碼。”2.病毒的表現(xiàn)計(jì)算機(jī)病毒的主要特征是傳染性、潛伏性、隱蔽性、激活性、破壞性；計(jì)算機(jī)病毒的主要特點(diǎn)是感染方式多、傳播速度快、破壞性強(qiáng)、消除難度大。計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)——理論與設(shè)計(jì)05一、防病毒技術(shù)3.病毒的類型計(jì)算機(jī)病毒的種類繁多，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)大多己聯(lián)網(wǎng)，常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)病毒可以歸納為以下5種。(1)網(wǎng)絡(luò)病毒(2)電子郵件病毒(3)網(wǎng)頁(yè)病毒(4)網(wǎng)絡(luò)蠕蟲(chóng)程序(5)特洛伊木馬程序計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)——理論與設(shè)計(jì)05一、防病毒技術(shù)4.病毒的防治預(yù)防病毒的入侵、阻止病毒的傳播和及時(shí)地清除病毒是一項(xiàng)非常重要的工作。自計(jì)算機(jī)病毒出現(xiàn)以來(lái)，人們不斷地研制各種預(yù)防、檢測(cè)和清除病毒的工具軟件，我國(guó)研制的這類工具軟件有瑞星殺毒軟件、金山毒霸、360安全衛(wèi)士等。計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)——理論與設(shè)計(jì)05二、防黑客技術(shù)1.黑客的定義提起計(jì)算機(jī)“黑客”，人們總是感到那么神秘莫測(cè)。“黑客”是英文“Hacker”的音譯，意思是“干了一件漂亮的事”。一般認(rèn)為，黑客起源于20世紀(jì)50年代麻省理工學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室中，最初是指熱心于計(jì)算機(jī)技術(shù)、水平高超的計(jì)算機(jī)專家，通常是程序設(shè)計(jì)人員。計(jì)算機(jī)信息安全技術(shù)——理論與設(shè)計(jì)05二、防黑客技術(shù)2.黑客的分類一類黑客協(xié)助人們研究系統(tǒng)安全性，出于改進(jìn)的愿望，在微觀層次上考察系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)軟件漏洞和邏輯缺陷，編程檢查軟件的完整性和遠(yuǎn)程機(jī)器的安全體系，而沒(méi)有任何破壞系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的企圖。這類黑客是