《管理信息系统》-ch3之第3节：计算机网络

第三节计算机网络一、计算机网络的概念与分类

二、局域网技术

三、网际互联-INTERNET技术

四、Intranet&Extranet

（一）基本概念计算机网络

用通信介质，根据网络协议，把分布在不同地理位置且功能独立的计算机和其它网络设备连接起来，实现信息互通和资源共享的系统。

网络介质

数据传输的物理通道。有同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星信道等。

协议

网络设备间进行通信的一组约定。如TCP/IP，IEEE802.3,802.4,FDDI,ATM等。网络协议具体规定了设备间通信的电气性能、数据组织方式等。

节点

网络中某分支的端点或网络中若干条分支的公共汇交点。

链路

是指两个相邻节点之间的通信线路。一、基本概念与分类计算机网络的三要素具有独立功能的计算机通信线路网络协议（protocol）：进行互相通信时双方所共同遵守的条例。协议具有以下三要素：（1）语法：包括数据结构、编码及控制信息格式（2）语义：为了协调通信双方的动作和进行错误校验，双方必须给出信息，表示“提出请求”，“作出响应”和完成规定动作（3）定时：通信双方还必须规定一些时间关系，如速度如何匹配，事件的超时与执行的顺序等。计算机网络的认识信息传输观以计算机之间传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统。资源共享观以能够相互共享资源（硬件、软件和数据）的方式连接起来且各自具备独立功能的计算机系统之集合体。用户的角度由网络操作系统自动管理用户任务所需的资源，而使整个网络就像一个对用户是透明的计算机大系统。计算机网络的产生和演变计算机网络的产生始于60年代，发展的动力：资源共享的需求大型项目的合作人与人之间的沟通军事目的其发展可分为三个阶段：以主机为中心的联机终端系统以通信子网为中心的主机互连具有层次化体系结构的标准化网络网络拓扑结构是指网络的链路和节点在地理上所形成的几何构形。计算机网络从功能上可分为两部分，资源子网和通信子网。

计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为网络的通信子网，而把网络中实现资源共享功能的设备及其软件的集合称为资源子网。就局域网而言，通信子网由网卡、线缆、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等设备和相关软件组成。资源子网由连网的服务器、工作站、共享的打印机和其它设备及相关软件所组成。（二）计算机网络的拓扑结构主机主机主机主机主机主机通信子网通信链路通信设备通信子网资源子网计算机网络的拓扑结构根据通信信道的类型，计算机网络可以分成：点——点信道结构：环型、星型、树型共享信道结构：总线型，卫星、无线、树型、环型公共信道结构：通过第三方提供的远程通信网络1.总线型网络(1)总线型拓扑结构是常用的局域网拓扑构。在这种拓扑结构中采用一条主干电缆，所有的节点通过其它的传输介质连接在该主干电缆上，主干电缆上安装有吸收信号反射的终结器，如图所示。(2)在总线拓扑结构中，网络中的每一个节点发送的数据都通过广播的方式在主干电缆上传输，其他的节点都可以收到该数据并根据该数据的发送地址判断是否是发送给自己的。(3)网络中的节点在发送数据时要监听在主干电缆中是否有数据在传送，或者其他节点是否也在发送数据。

总线型网络(3)总线型拓扑结构的特点网络中只有一根主干电缆，电缆布线容易并减少安装费用。扩充方便。总线型拓扑结构网络发生故障时不易检测和隔离，故障检测时需要检测各个节点。如果主干电缆发生故障，则将影响到所连接的所有的节点。

2.环型网络

(1)环型网中各结点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何结点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环型网中的数据按照设计主要是单向，但也可是双向传输。(2)由于环线公用，一个结点发出的信息必须穿越环中所有的环路接。信息流中目的地址与环上某结点地址相符时，信息回到发送该信息的环路接口结点才终止，如图所示：(3)环型拓扑结构的特点

环型拓扑结构的数据传输比较可靠。环型拓扑结构所需电缆少于星型拓扑结构，与总线型拓扑结构类似。传输电缆适合采用光纤电缆，可以获得较高的传输速率以及较强的电磁抗干扰性。网络发生故障时较难诊断，需要逐个检测节点。环型拓扑结构由于具有封闭性，网络结构不易重新配置，加入新的节点时需要改变原来的结构，可扩展性较差。3.星型网络星型拓扑是以中央结点为中心与各结点连接组成的，各结点与中央结点通过点到点的方式连接。中央结点（又称中心转接站）执行集中式通信控制策略.4.公共信道通过第三方提供的远程通信网络（三）计算机网络的分类根据网络的拓扑结构分类，计算机网络可分为星状网、树状网、总线网、环状网、网状网等。根据网络的使用范围分类，可以分为公用网和专用网。

根据数据的组织方式分类，可以分为分布式网络、集中式网络和分布集中式网络。根据网络的分布范围，可分为

局域网、广域网，城域网或市域网。（三）计算机网络的分类

局域网(LAN)传输距离0.1～10km，传送速率在1Mbps～10Mbps。城域网（MAN）在城市区域内网络，是80年代在LAN上发展的，传输媒介主要采用光缆，传输速率在l00兆比特/秒以上广域网(WAN)相距较远的局域网经由公共电信网络互联而成，数据传输速率一般在1.2kbps~1.554Mbps，传输距离可遍及全球。二、网际互联与协议国际标准化组织ISO经过多年努力于1978年提出了“开放系统互连联参考模型”OSI/RM，从此开始了有组织有计划地制定一系列网络国际标准。相应的中国国标是GB9387OSI参考模型采用的是层次结构，分为7层。数据通信的交换结点只有最低3层，称为中继开放系统。（一）开放系统互联参考模型应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层OSI的体系结构网络通信与互联生活中两人通信的模型（一）开放系统互联参考模型ISO的OSI模型开放系统互连参考模型：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层物理层：通过用于通信的物理介质传送和接收原始的位流。（比特bit）定义缆线如何接到网卡上，如定义接头有多少针，每个管脚的功能等。该层设备：电缆、连接器、中继器，HUB、收发器数据链路层：将位流以帧为单位分割打包，向网络层提供正确无误的信息包的发送和接收服务（帧）。建立和拆除链路连接，实现无差错的传输及速率适配，若半双工时，规定谁先发，谁后发及倒换的方法。负责从网络层向物理层发送数据帧，从物理层接收比特流打包为帧。设备：网桥、二层交换机ISO的OSI模型网络层：负责提供连接和路由选择，包括处理输出报文分组的地址，解码输入报文组的地址以及维持路由选择的信息，以便对负载变化做出适当的响应。数据单位是包。功能有数据交换、路由选择、通信流量控制。设备：路由器、交换机等传输层：提供端到端或计算机与计算机之间的通信，从对话层接收数据，将它们处理之后传送到网络层，并保证在另一端能正确地接收所有的数据块。数据单位为报文。对话层：负责建立、管理、拆除进层之间的连接，“进层”是指如邮件、文件传输、数据库查询等一次独立的程序执行。ISO的OSI模型表示层：负责处理不同的数据表示上的差异及其相互转换，如ASCII码与EBCDIC码之间的转换，不同格式文件的转换，不兼容终端的数据格式之间的转换。使得处理后的数据结构与机器无关应用层：直接和用户进行交换。典型设备：网关

OSI被认为是一种理想的工业标准，TCP/IP（transmissioncontrolprotocol/internetprotocol）是事实上的标准。TCP是传输层控制协议，IP提供网络层服务网络通信与互联互动：如果在网络的某一个节点A上用WORD格式写一个文档并传送到另一个节点B上，应当怎样传递过去？请用ISO的OSI/RM模型描述过程。类比:网络OSI层与MIS层层号名称

说明

1

用户层

用户操作

2

业务层

MIS业务模型（用户）

3功能层

MIS功能模型（程序员）

4数据层

MIS数据模型（系统分析员）

5工具层

MIS开发工具

（系统分析员）

6OS层

网络操作系统（购买）

7物理层

网络与通信硬件（购买）

信息系统的七层结构

（二）TCP/IP网络体系结构从20世纪80年代末期以来，因特网(Internet)飞速发展，已成为世界上最大的国际性计算机互联网。因特网所使用的TCP/IP体系在计算机网络领域占有十分重要地位。传输控制协议(TCP)和网际协议(IP)是因特网所使用的各种协议中最重要的两个协议。人们将TCP/IP及其相关协议称为TCP/IP体系结构，简称TCP/IP。（二）TCP/IP网络体系结构TCP/IP体系结构共有网络接口、网际层、传输层和应用层4个

应用层运输层网络层表示层会话层数据链路层物理层OSI的体系结构TCP/IP的体系结构网络接口层网际层IP

(各种应用层协议如TELNET,FTP,SMTP等)运输层(TCP或UDP)应用层各层主要功能：网络接口层。该层的作用是接收IP数据报，并通过特定的网络进行传输或从特定的网上接收物理帧，抽出IP数据报交网际IP层。网际层（IP层）。网际层的主要协议是无连接的网际协议IP。网际层主要负责主机之间的通信，处理网际层差错与控制报文ICMP，处理路径、流控、拥塞等问题。（二）TCP/IP网络体系结构运输层。运输层有TCP和UDP两个协议，它们都是建立在IP协议的基础上。其主要功能为格式化信息流、提供端到端可靠传输、解决不同应用程序的识别等问题。

应用层。对应于OSI的会话层、表示层和应用层，向用户提供一组常用的应用协议，如远程登录协议（Telnet）、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）、超文本传输协议（HTTP）等。

（二）TCP/IP网络体系结构网卡接口BNC同轴电缆连接器RJ-45连接器网卡（二）网络互联设备举例网卡ISAPCI主板集成网卡接口RJ-45连接器DB-15连接器BNC同轴电缆连接器网卡糟网络硬件-传输介质双绞线同轴电缆光纤卫星通信微波计算机网络系统的组成双绞线双绞线

双绞线的外观

在目前的局域网布线中，双绞线是应用最为广泛的传输介质。不管是家庭、办公室、学生宿舍等小型网络，还是校园网、企业网，都离不开双绞线。屏蔽双绞线（STP）非屏蔽双绞线（UTP）图:双绞线同轴电缆图：同轴电缆光纤图：光缆网卡

中继器集线器集线器交换机

DBT-C110网桥hdp379V.35网关伊泰克TD-6048TDMoIP网关路由器三、典型的网络通信技术（一）网络体系结构主机—中心文件服务器/工作站客户机/服务器游览器/服务器分布式处理

1、主从结构又称主机—终端结构，它有一台大型主机，可以同时在本地或远程挂接多个终端，主机对各终端用户传来的数据进行分时处理，终端只是一种数据输入输出（I/O）设备，没有处理能力，负责信息传送和回显。程序运行、文件存取主机终端终端终端无存储器、非信息处理产生主机瓶颈问题2、文件服务器/工作站结构(F/S结构)多个工作站（单机）与一台服务器互相连接起来。数据库管理系统安装在文件服务器上，而数据处理和应用程序分布在工作站上，文件服务器仅提供对数据的共享访问和文件管理,没有协同处理能力。文件服务器的处理方式会增加网络线路的传输负荷，降低传输的效率和响应时间，很容易造成网络阻塞。文件服务器工作站工作站工作站网络打印机DBMS数据处理、应用程序产生传输瓶颈问题3、客户机/服务器（C/S）结构

网络上的计算机分成客户机与服务器两类，其中服务器可能包括文件服务器、数据库服务器等，网络系统结点上的其他计算机系统称为客户机。这种结构不同于传统F/S，区别在于对数据的处理分前台和后台，客户机运行应用程序，完成屏幕交互和输入、输出等前台任务，而服务器则运行DBMS，完成大量的数据处理及存储管理等后台任务。服务器客户机客户机客户机DBMS、数据处理应用程序解决传输瓶颈问题文件服务器与客户机服务器结构比较4、浏览器/服务器（B/S）结构

是C／S结构的延伸。N/S中WebServer既是浏览服务器，又是应用服务器，可以运行大量的应用程序，从而使客户端变得很简单。只需安装浏览器（如IE）。客户端利用浏览器通过Web服务器去访问数据库以获取必需的信息，数据库数据库服务器WebSERVER应用服务器CLIENT（二）网络操作系统管理网络资源的软件（NOS）常用的有Windows系统（NTServer、Windows2000Server、WindowsServer2003、2007Server）UNIX系统、Linux系统、Netware系统等（三）网络节点访问控制方式1、（CSMA/CD）载波监听多路访问/冲突检测

（1）载波监听总线，即先听后发

使用CSMA/CD方式时，总线上各结点都在监听总线，检测总线上有无别人发送数据。如总线空闲，则立即发送数据。如果监听到总线忙，有数据正在传送，这时结点要持续等待直到总线空闲时才将数据发送，或等待一个随机时间，再重新监听总线，直到总线空闲。这也称作先听后发。（2）总线冲突检测，即边发边听

当两个或两个以上结点同时监听到总线空闲，开始发送数据时，就会发会碰撞，产生冲突。另外，传输延迟可能会使第一个结点发送的数据未到达目的结点，另一个要发送数据的结点就已监听到总线空闲，并开始发送数据，这也会导致冲突的产生。发生冲突时，两个传输的数据都会被破坏，产生碎片，使数据无法到达正确的目的结点。为确保数据的正确传输，每一结点在发送数据时要边发送边检测冲突。这也称作边发边听（LWT，ListenWhileTalk）。当检测到总线上发生冲突时，就立即取消传输数据，随后发送一个短的干扰信号JAM（阻塞信号），以加强冲突信号，保证网络上所有结点都知道总线上已经发生了。在阻塞信号发送后，等待一个随机时间，然后再将要发送的数据发送一次。如果还有冲突发生，则重复监听、等待和重传的操作。CSMA/CD流程图2、（Token-ring)令牌环访问控制令牌是一种特殊的帧，用于控制网络结点的发送权，轮换地分给各结点，只有持有令牌的结点才能发送数据。环路上某一时刻只有一个结点发送数据，因此令牌环技术不存在争用现象，它是一种典型的无争用型介质访问控制方式。令牌有“忙”和“闲”两种状态。当环正常工作时，令牌总是沿着物理环路，单向逐结点传送传送顺序与结点在环路中的排列顺序相同。Token-ring流程图3、（TokenBus)令牌总线

CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通讯负荷增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输延时增加，性能明显下降。令牌环在重负荷下利用率高，网络性能对传输距离不敏感。但令牌环网控制复杂，并存在可靠性保证等问题。令牌总线综合CSMA/CD与令牌环两种介质访问方式的优点的基础上而形成的一种介质访问控制方式。

令牌总线流程图（四）典型的局域网以太网令牌环网快速以太网FDDIATM以太网以太网是按照IEEE802.3协议建立的局域网络，采用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）技术。CSMA/CD即当一个节点有报文发送且已准备就绪时，先检测信道，如信道空闲，就在下一个时间片占用信道并发送报文，若信道忙，该节点就不能发送。这样，所有站点在发送信息的同时，也能检测冲突，一旦有冲突，就推迟发送。以太网一般只能作为小型网络或工作组网络的选型，不宜作为主干网。

令牌环网令牌环网即IEEE802.4协议，采用按需分配信道的原则，即按一定的顺序在网络节点间传送称为“令牌”的特定控制信息，得到令牌的节点若有信息要发送，则将令牌置为忙，表示信道被占用，随即发送报文。报文发送完毕后将令牌置为空，传给下一站点。这种方法在较高通信量的情况下仍能保证一定的传输效率。

快速以太网快速以太网保留了以太网的CSMA/CD技术，是以太网的发展，但速度可达100Mbps,近年来又有千兆位以太网面世。快速以太网在一定程度上缓解了网络瓶颈现象，在小型网络应用中有较高效率，但传输距离有限，不适合作为大型网络的主干网。

FDDI(光纤分布式数据接口)FDDI采用光纤作为传输介质，以令牌环方式仲裁站点对介质的访问。FDDI传输速率可达100Mbps，采用双环备份方式，传输距离远，可靠性高，互操作能力强，适合于作为局域网络主干网选型。

ATM(异步传输模式)ATM是一种以信元为单位在设备间传输信息的方式，传输速率为155Mbps，最高可达622Mbps，信元内可携带任何信息进行传送。ATM采用面向连接的服务方式，支持不同速度的设备，具有较高的灵活性。缺点是价格昂贵，至今没有统一的国际标准，在局域网应用中，正受到快速以太网的挑战。

四、Intranet&Extranet

（一）InternetInternet是多个网络互连组成的网络（网络的集合）。它们共同遵守TCP/IP协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)。凡是支持TCP/IP协议，遵守Internet的工作原理及运作机制（统一的IP地址分配、名字、域名体系等），且连入到Internet，便成为全球Internet的一个部分。

1、Internet的发展过程1969年，ARPAnet的建立(ARPA，美国国防部高级研究计划局)。1980年，ARPAnet上实现了TCP/IP协议；美国国家科学基金会NSF(NationalScienceFoundation)在全国建立骨干网NSFnet；其它发达国家也相继建立了本国的TCP/IP网络，并连入美国Internet。1990年，WWW(WorldWideWeb环球网或万维网，俗称Web)技术的出现，Internet在技术上出现了质的飞跃，促进了Internet的飞速发展。TimBerners-Lee在CERN(CentreEuropeanpourlaRechercheNucleaire，欧洲粒子物理实验室)提出WWW。Internet基本概念包交换技术又称包分组交换技术把数据分解成数据报（Datagram）或者包（Packet），这些信息包被贴上带有源文件和目的地址的标签，这些包被不断地从一个网络运到另一个网络，直到它到达指定的目的计算机。如果初始连接无效，则这些包能够自动找到通向目的计算机的另一条通道。(数据交换技术：电路交换、报文交换，分组交换）A城市（信息源）B城市C城市D城市（目的地）E城市线路交换包交换telnet：远程登录ftp：文件传输（filetransferprotocol）bbs：电子公告板（bulletinboardsystem）email：电子邮件2、WWW技术的主要内容浏览器Browser统一的资源定位URL(UniformResourceLocation)超文本传输协议HTTP(HypertextTransportProtocol)超文本标识语言HTML(HypertextMarkupLanguage)通用网关接口CGI(CommonGatewayInterface)3、Internet上的常用服务器WWWServer或WebServer：提供超文本传输（HTTP）服务。FTPServer：提供文件的下载（Download）和上载（Upload）服务。BBSServer：提供电子公告板服务。MAILServer：提供电子邮件服务。DNSServer：提供域名（主机名→IP地址）服务。

4、我国Internet的发展1986年，使用电子邮件1994年，代表中国正式加入Internet的是中国国家计算和网络设施NCFC（国内俗称“中关村网”）。建立了代表中国域名CN的域名服务器，并于1994年5月正式向InterNIC的注册服务中心注册1995年，Internet在中国大陆开始成为热点5、IP地址IP地址，唯一地标识Internet上的计算机，就像单位、家庭的地址。IP地址由各级网络管理中心分配Internet的IP地址由4个字节（32位）组成，可以用4个十进制数字表达，每个数字可取值0～255，数字间用“.”隔开（如：85）IP地址分为A、B、C三类。A类地址0128162431A类网络号主机号0A类地址（128个），第一个数字表示网络地址，后三个数字表示网络内部主机地址，网内最多可连2563（16777216）台主机5、IP地址B类网络号主机号100128162431B类地址B类地址（16384个），前二个数字表示网络地址，后二个数字表示网络内部主机地址，网内最多可连2562（65536）

台主机5、IP地址网络号主机号1C类010128162431C类地址C类地址（2097152个），前三个数字表示网络地址，最后一个数字表示网络内部主机地址，网内最多可连256

台主机5、IP地址IPv4和IPv6IPv4TCP／IP协议规定，IPv4地址由32位比特位组成，只有大约43亿个地址，估计在2005～2010年间将被分配完毕；一般由相对应的4个部分的十进制数字组成，每部分用“．”分隔，如IPv6采用128位地址长度，几乎可以不受限制地提供地址。按保守方法估算IPv6实际可分配的地址，整个地球每平方米面积上可分配1000多个地址。置疑：到底IPv6能提供多少地址？6、域名DN为了使基于IP地址的计算机在通信时便于相互识别，Internet在1985年提出域名管理系统(DomainNameSystem)。在Internet上，域名用来标识一组或一台计算机，它与一个或一组IP地址相对应域名需要向网络管理中心申请，由各级网络管理中心负责分配根据域名可以查询到计算机的所属机构主机名的结构(如：)

主机名.机构名.网络名.最高域名域名实行分层管理的模式，DNS负责主机名到IP地址的转换域名服务中心：InterNIC、CNNIC（国际）（中国）域名系统域名系统为用户提供名字，并将这些名字解析为IP地址，然后网络间可通过IP地址进行互访。域名由若干代表不同层次概念的子域名和圆点组成，例如WWW.AHNU.EDU.CN是安徽师大主机服务器的域名。域名的定义工作由DNS（DomainNameSystem）域名服务器系统完成，它把形象化的域名翻译成对应的数字型IP地址。IP地址与域名连接到Internet上的每台计算机拥有的唯一的地址。IP格式nnn.nnn.nnn.nnn4段，取值0～255IP地址IP地址与域名为方便记忆而为计算机进行命名。5

域名与

主机名国家域领域机构域主机名域名IP地址1、什么是Intranet？

Intranet是利用Internet技术，应用于企业内部管理信息系统的一种网络体系。（二）IntranetPublic/ExternalInternetUsersIntranetClientsServersERPLegacysystemsE-mailserversWebserversDatabasesFirewalls2、Intranet结构框图3、Intranet的技术特点它既可以成为Internet的一部分，也可独立自成体系基于TCP/IP充分利用现有的软硬件资源，保护原有投资不局限于硬件平台和操作系统只是改变目前企业网的应用方式和界面，并不改动现有的物理结构统一友好的用户界面，培训容易在企业内部通信方面有极度高的性能价格比由于采用B/S结构，系统维护仅在服务器端进行通过CGI技术实现WWW与数据库的结合4、Intranet带来的利益用户可以方便地取得信息加强企业内部的沟通与合作。这种功能对机构分散的集团型企业和跨国公司特别重要提高效率，提高生产力加快信息流通的速度降低成本延长现有大