计算机科学导论-基于计算思维的思想与方法（第4版） 课件【ch11】计算机网络技术

计算机科学导论基于计算思维的思想与方法计算机网络技术第十一章新工科建设之路·计算机类系列教材01计算机网络概述——抽象计算机网络概述——抽象01一、计算机网络的基本概念1.计算机网络的定义让算机网络(ComputerNetwork)是指把分布在不同地点，并县有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，在功能完善的网络软件和协议的管理下，以实现网络中资源共享和交换为目标的系统。计算机网络概述——抽象01一、计算机网络的基本概念2.计算机网络的形成计算机网络从20世纪60年代开始发展至今，经历了从简单到复杂、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，经历了4个阶段。(1)远程联机阶段；(2)互联网络阶段；(3)标准化网络阶段；(4)网络互联与高速网络。计算机网络概述——抽象01一、计算机网络的基本概念3.网络的功能计算机网络最大的优点是最大限度地为用户提供信息共享及信息的快速传递，网络的功能可概括为5个方面：资源共享、网络通信、分布式处理、集中管理、均衡负荷。计算机网络概述——抽象01二、网络的基本类型1.有线网(CableNetwork)有线网是指网络与网络之间以及网络与用户之间的信息传递是通过有线传输介质来实现的。根据网络连接的地理范围，可将有线网络分成为局域网、城域网、广域网和接入网。2.无线网(WirelessNetwork)为了区分不同的信号，采用不同的频率进行信息传输。与有线网相似，无线网通常也按网络的覆盖范围分类。(1)无线个域网，(2)无线局域网，(3)无线城域网，(4)无线广域网。计算机网络概述——抽象01三、OSI/RM体系结构据的格式和时序。我们把为网络数据交换面制定的规则、约定和标准统称为网络协议，它是两个实体间完成通信或服务必须遵循的规则和约定。网络协议通常分为对等层间的对话协议和相邻层间的接口协议，主要由以下三要素组成。(1)语法；(2)语义；(3)时序1.网络协议计算机网络概述——抽象01三、OSI/RM体系结构2.OSI/RM模型OSIRM将整个网络按照功能分为7层，要求在两个通信实体(系统A和系统B)必须遵循这7层结构，如图11-2所示。02网络数据传输——理论网络数据传输——理论021.数据类型在计算机网络通信线路中传输的数据信息，根据数据性质，可分为模拟数据和数字数据两种。一、数据通信2.信号类型信号是数据的具体物理表现形式，具有确定的物理描述，分为模拟信号和数字信号。网络数据传输——理论023.数据通信系统数据通信是在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的过程，数据通信系统就是这个过程的物理实现，并且由发送设备、传输信道和接收设备3大部分组成。数据诵信系统如图11-4所示。一、数据通信网络数据传输——理论021.串行传输与并行传输串行传输是指数据以串行方式在一条信道上传输，在计算机中通常用8位二进制代码表示一个字符。在数据通信中，可以按如图11-5所示的方式，将待传输的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次传输，称为串行传输。二、数据传输方式网络数据传输——理论02(2)并行传输(ParallelTransmission)并行传输是指数据以成组的方式在多个并行信道上传输。数据通信中将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送出去，每次发送一个字符代码，这种工作方式称为并行传输，如图11-6所示。二、数据传输方式网络数据传输——理论022.同步传输与异步传输(1)同步传输(SynchronousTransmission)数据通信系统中通常使用的同步技术可分为两类，一类是位同步，另一类是字符同步。(2)异步传输(AsynchronousTransmission异步传输的特点是：每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的，因而实现比较容易；但每传输一个字符都需要多使用2~3位，故适合低速通信。二、数据传输方式网络数据传输——理论02多路复用传输的基本原理如图11-9所示。三、多路复用传输网络数据传输——理论021.模拟——数字调制编码模拟——数字调制编码是把模拟数据转换为数字信号的编码方法。由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高、便于计算机存储，因此将模拟数据数字化已成为必然趋势。模拟——数字调制编码的最常用方法是脉冲编码调制，其典型应用是语音数字化。PCM的工作过程包括3个步骤：采样、量化与编码，如图11-12所示。四、数据调制编码网络数据传输——理论022.数字——数字调制编码利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称为数字信号的基带传输。数字信号在进行基带传输前，需要进行数字编码(Encoding)。数字信号的数字编码就是把数字信号用物理信号的波形表示，用高低电平的不同组合来表示二进制。常用的编码方式主要有3种：不归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码，如图11-13所示。四、数据调制编码网络数据传输——理论02五、数据分组交换在网络通信中，数据通过网络节点的某种转发方式，实现从一个端系统到另一个端系统的数据传输技术称为数据交换技术。数据交换方式可分为电路交换、报文交换和分组交换。计算机网络采用分组交换(PacketSwitching)，也称为报文分组交换或包交换，分组的目的是便于信息的传递。03网络的结构组成——设计(I)网络的结构组成——设计(I)03一、网络的拓扑结构1.总线型结构(Bus-NetworkStructure)总线型结构是指所有节点共享一条数据通道，一个节点发出的信息可以被网络上的多个节点接收。总线型结构采用一根传输总线，所有节点通过硬件接口连接在这根传输总线上，网络中的多个处理机、存储器和外围设备等共享同一通路，因而总线成了数据交换的唯一公共通路，如图11-15所示。网络的结构组成——设计(I)03一、网络的拓扑结构2.星型结构(Star-NetworkStructure)星型结构是以服务器为中心，连接若干外围节点的辐射式互连结构，如图11-16所示。网络的结构组成——设计(I)03一、网络的拓扑结构3.树型结构(Tree-NetworkStructure)树型结构是星型结构的扩展，是分层次结构，具有根节点和分支节点，如图11-17所示。网络的结构组成——设计(I)03一、网络的拓扑结构4.环型结构(Ring-NetworkStructure)有上游节点和下游节点之称。用户N是用户N+1的上游节点用户，用户N+1是用户N的下游节点用户。如果N+1节点需要将数据发送到N节点，则几乎要绕环一周才能到达N节点，如图11-18所示。网络的结构组成——设计(I)03一、网络的拓扑结构5.网状拓扑结构(Netlink-NetworkStructure)网状拓扑结构中的所有节点之间的连接是任意的，目前实际存在与使用的广域网基本上采用.网状拓扑结构，如图11-19所示。网络的结构组成——设计(I)03二、网络的逻辑结构1.通信子网通信子网是计算机网络的内层。通信子网的主要任务是将各种计算机互连起来，完成数据传输、交换和通信处理。就局域网而言，通信子网由网卡、缆线、集线器、中继器、网桥、路由器、交换机等设备和相关软件组成；就广域网而言，通信子网由一些专用的通信处理机节点交换机及其运行的软件、集中器等设备和连接这些节点的通信链路组成。网络的结构组成——设计(I)03二、网络的逻辑结构2.以太网以太网是基于总线型结构的广播式网络，是现有局域网中最早标准化的，也是目前最成熟、最成功、应用最广泛的一种局域网技术。基于载波监听多路访问/冲突检测(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect，CSMAVCD)方法、采用IEEE802.3协议标准、运行在10Mbps速率的局域网称为传统以太网，数据传输速率在100Mbps以上的局域网称为高速局域网。网络的结构组成——设计(I)03三、计算机网络互连设备不同功能层次的网络互连时，涉及的互连设备必然不同。从互连的层次上讲，通常有物理层互连、数据链路层互连、网络层互连和网络高层互连。不同层次的互连都有各自的互连特点及其互连设备。一般，网络采用的协议差别越大，进行互连的层次就越高，互连设备的实现也就越复杂。网络各层与相应设备的对应关系如图11-21所示。04计算机因特网——设计(II)计算机因特网——设计(II)04一、Internet的IP地址1.IP地址的概念在Internet上，每台主机、终端、服务器和路由器都有自己的IP地址，这个IP地址是全球唯一的，用于标识该机在网络中的位置。由于目前使用的IP协议的版本为4.0，所以又称为IPv4，它规定每个IP地址用32个二进制位表示(占4字节)。计算机因特网——设计(II)04一、Internet的IP地址2.IP地址的分类在Internet中，根据网络地址和主机地址，常将IP地址分为A、B、C、D、E五类。A类地址主要用于大型(主干)网络，其特点是网络数量少，但拥有的主机数量多。B类地址主要用于中等规模(区域)网络，其特点是网络数量和主机数量大致相同。C类地址主要用于小型局域网络，其特点是网络数量多，但拥有的主机数量少。D类地址通常用于已知地址的多点传送或者组的寻址。E类地址为将来使用保留的实验地址，目前尚未开放。计算机因特网——设计(II)04二、Internet的域名系统1.域名地址DNS使用与主机位置、作用、行业有关的一组字符来表示IP地址，这组字符类似英文缩写或汉语拼音，这个符号化了的IP地址被称为“域名地址”，简称为“域名”，并由各段(子域)组成。计算机因特网——设计(II)04二、Internet的域名系统2.域名结构设置主机域名时必须符合以下规则。①域名的各段之间以“”分隔。从左向右看，“”右边域总是左边域的上一层，只要上层域的所有下层域名字不重复，那么网上的所有主机的域名就不会重复。②域名系统最右边的域为一级(顶级)域，如果该级是地理位置，则通常是国家(或地区)代码，如cn表示中国。③第二级是“组织名”④域名不区分大小写字母。计算机因特网——设计(II)04二、Internet的域名系统3.域名分配域名的层次结构给域名的管理带来了方便，每部分授权给某机构管理，授权机构可以将其所管辖的名字空间进一步划分，授权给若干子机构管理，形成树型结构，如图11-22所示。05计算机信息安全技术——理论与设计计算机信息安全技术——理论与设计05一、防病毒技术1.病毒的定义第28条中明确提出：“计算机病毒是指编制或者在计算机程序中插入的破坏计算机功能或数据，影响计算机使用并能够自我复制的一组计算机指令或者程序代码。”2.病毒的表现计算机病毒的主要特征是传染性、潜伏性、隐蔽性、激活性、破坏性；计算机病毒的主要特点是感染方式多、传播速度快、破坏性强、消除难度大。计算机信息安全技术——理论与设计05一、防病毒技术3.病毒的类型计算机病毒的种类繁多，现在计算机大多己联网，常见的网络病毒可以归纳为以下5种。(1)网络病毒(2)电子邮件病毒(3)网页病毒(4)网络蠕虫程序(5)特洛伊木马程序计算机信息安全技术——理论与设计05一、防病毒技术4.病毒的防治预防病毒的入侵、阻止病毒的传播和及时地清除病毒是一项非常重要的工作。自计算机病毒出现以来，人们不断地研制各种预防、检测和清除病毒的工具软件，我国研制的这类工具软件有瑞星杀毒软件、金山毒霸、360安全卫士等。计算机信息安全技术——理论与设计05二、防黑客技术1.黑客的定义提起计算机“黑客”，人们总是感到那么神秘莫测。“黑客”是英文“Hacker”的音译，意思是“干了一件漂亮的事”。一般认为，黑客起源于20世纪50年代麻省理工学院的实验室中，最初是指热心于计算机技术、水平高超的计算机专家，通常是程序设计人员。计算机信息安全技术——理论与设计05二、防黑客技术2.黑客的分类一类黑客协助人们研究系统安全性，出于改进的愿望，在微观层次上考察系统，发现软件漏洞和逻辑缺陷，编程检查软件的完整性和远程机器的安全体系，而没有任何破坏系统和数据的企图。这类黑客是