管理信息系统 课件 第4章 计算机网络技术

2022管理信息系统第四章计算机网络技术本章主要内容本章学习目标1.理解计算机网络的定义与功能。2.了解计算机网络的分类。3.了解网络的拓扑结构及常见种类。4.熟悉常见的网络传输介质及特点。计算机网络的概念与分类1网络通信技术基础2开篇案例：德国麦德龙集团———有人说：“信息技术始于战略，而不是系统。”从麦德龙的成功事例中谈谈你对此的理解？——从信息技术对公司的作用角度、分析麦德龙公司成功的原因？4.1计算机网络的概念与分类4.1.1计算机网络的概念（1）定义计算机网络是利用通信介质把分布在不同地理位置的计算机和其他网络设备连接起来，实现信息互通和资源共享的系统。有4个发展阶段：通信功能的单机系统、具有通信功能的多机系统、计算机通信网络和计算机网络。4.1.1计算机网络的概念（2）计算机网络的组成计算机系统、终端设备、通信设备和通信线路。计算机网络可以看成是由通信子网和资源子网组成。4.1.1计算机网络的概念（3）计算机网络的功能资源共享——资源共享是计算机网络的重要功能，也被认为是最具吸引力的一点。所谓共享就是指网络中各种资源可以相互通用，这种共享可以突破地域范围的限制，而且可共享的资源包括硬件、软件和数据资源。4.1.1计算机网络的概念（3）计算机网络的功能数据通信4.1.1计算机网络的概念（3）计算机网络的功能分布式处理：对于一些复杂的、综合性的大任务，可以通过计算机网络采用适当的算法，将大任务分散到网络中的各计算机上进行分布式处理。4.1.1计算机网络的概念（3）计算机网络的功能提高计算机可靠性和可用性4.1.1计算机网络的概念（3）计算机网络的功能综合信息服务——网络的一个主要发展趋势就是多维化，即在同一套系统上提供继承的信息服务，包括来自政治、经济、科技、军事等各方面的资源。4.1.2计算机网络的分类1）局域网（LAN）局域网指传输距离在0.1～10km，传送速率在1～10Mbps的范围较小的一种网络。3）广域网（WAN）广域网也称远程网，通常跨接很大的物理范围，一般由相距较远的局域网经由公共电信网络互连而成，数据传输率一般1.21.2kbps～1.554Mbps，传输距离可遍及全球。2）城域网（MAN）城域网分布范围在广域网和局域网之间。例如，分布范围是一个城市，其作用距离约为5～50km，传输速率一般在1Mbps以上。（1）根据网络的覆盖范围划分局域网、城域网和广域网局域网、城域网、广域网的比较4.1.2计算机网络的分类（2）根据网络的使用对象划分可以分为内联网和外联网。内联网是基于互联网技术的企业内部网络，它把企业内部不同的系统和网络，连接起来。外联网是内联网的外部扩展，它是企业内联网延伸到组织外部授权用户的专用网。内联网外联网4.1.2计算机网络的分类（3）根据网络的传输介质划分有线网（采用双绞线、同轴电缆或者光纤等）和无线网（采用微波、红外线或激光等）。无线网示意图4.1.2计算机网络的分类（4）根据网络的拓扑结构划分可以分为总线型、星型、环型、树型、和网状（混合）型拓扑结构。总线型网络1）总线型网络总线型网络所有节点通过相应的网络接口卡直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，总线通常采用同轴电缆或双绞线作为传输介质。星型网络2）星型网络星型网络是因为网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名。4.1.2计算机网络的分类环型网络3）环型网络环型网络的节点是通过点对点的通信线路连接成一个闭合环路，环中数据只能沿着一个方向逐节点传送。树型网络4）树型网络树型网络是按层次进行连接的，信息的交换主要是在上、下节点之间进行。其优点是结构简单，故障容易分离处理。缺点是整个网络对根节点的依赖性很强，一旦根节点出现故障，网络系统将不能正常工作。5）网络结构网络网络拓扑结构是由前面讲的星型结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，而同时又解决了总线型网络在连接用户数量的限制。网络结构网络要想在因特网上面实现共享资源，交换信息，必须遵循一些事先制定好的规则标准，这就是协议（Protocol）。计算机网络中，协议的定义是计算机网络中实体之间有关通信规则约定的集合。协议有三个要素，即：○语法（Syntax）——数据与控制信息的格式、数据编码等。○语义（Semantic）——控制信息的内容，需要做出的动作及响应。○时序（Timing）——事件先后顺序和速度匹配。4.1.3计算机网络的协议网络协议概念4.1.3计算机网络的协议对网络进行层次划分就是将网络这个庞大的、复杂的问题划分成若干较小的、简单的问题，即“分而治之”。所谓体系结构（Architecture），是指计算机通信网的分层、各层协议和层间接口的集合，也就是通信网络及其部件所应完成的功能的精确定义。分层的协议体系结构将庞大复杂的协议分成不同的层次，每一层的功能是不同的，低层功能主要用来为用户提供通信连接，而高层功能保证数据以正确的形式进行互换并有序地处理数据。网络的层次结构（1）各层之间相互独立。高层并不需要知道低层是如何实现的，而仅需要知道该层通过层间接口所提供的服务。计算机网络中的协议采用层次结构，有以下好处：（2）灵活性好。当任何一层发生变化时，只要接口保持不变，则这层以上或以下各层均不受影响。当某层提供的服务不再需要时，甚至可将这层取消。（3）各层都可以采用最合适的技术来实现，各层实现技术的改变不影响其他层。（4）易于实现和维护。因为整个的系统已被分解为若干个易于处理的部分，这种结构使得一个庞大而又复杂系统的实现和维护变得容易控制。（5）有利于促进标准化。这主要是因为每层的功能与所提供的服务已有精确的说明。

1969年12月，第一个远程分组交换网ARPANET，其参考模型称为ARM，NCP协议的核心内容为TCP/IP。

1975年，DEC公司的DNA(DigitalNetworkArchitecture)网络走向国际标准化，国际标准化组织ISO于1984年颁布了一个称为:

“开放系统互连参考模型”(OpenSystemInterconnectionReferenceModel)ISO组织的OSI/RM参考模型:将整个通信过程分为七层,定义了每一层的功能和通信规则.STEP01STEP02STEP03STEP031、OSI参考模型体系结构OSI参考模型图3.9OSI参考模型分层结构

OSI参考模型各层的功能1）物理层：是构成计算机网络的基础。主要功能是提供数据终端设备和数据通信设备之间的二进制数据传输的物理连接。向数据链路层提供比特流传输服务。具体功能包括:通信线路的建立，保持和断开三个过程。物理层的标准：1.机械特性；2.电气特性；3.功能特性；4.规程特性2）数据链路层：物理层只负责发送和接收二进制数据流，数据链路层利用物理层提供的二进制数据的传输服务，为网络层提供相邻节点间透明的和可靠的数据的传输。数据链路层的功能：1.组装成帧；2.差错控制；3.流量控制；4.链路管理3）网络层(NetworkLayer)：是利用数据链路层提供的两个相邻节点间的传输数据帧为基础，将高层用户的数据报文组成数据包，并封装网络层包头，确保数据链路层能将报文从原端点送到目的端点。主要功能：1.寻址NSAP；2.路由选择；3.拥塞控制网络层协议：IPRIP

OSI参考模型各层的功能4）传输层(TransportLayer)：是负责端到端数据通信的最高层，也是负责总体数据传输和控制的的最关键一层。它提供可靠的端到端数据通信和向会话层提供独立于网络的传输服务。传输层协议:TCPUDP5）会话层、表示层和应用层会话层：主要功能是在两个节点间建立,维护和释放面向用户的连接，并对会话进行管理和控制，保证会话数据可靠传输。表示层：关心的是传输信息的语法和语义，专门负责网络中计算机信息表示方式的问题。包括转换，加密和压缩。应用层：负责为用户的应用程序提供网络服务。如：电子表格程序，文字处理程序，通信应用程序，进程之间的建立连接与同步，检错纠错等。协议:文件传输协议FTP；简单电子邮件协议SMTP；简单网络管理协议SNMP；超文本传输协议HTTP；其它协议:DNSRIPOSI参考模型中的数据传输TCP/IP参考模型TCP/IP最早起源于1969年美国国防部（DepartmentofDefense,DoD）赞助研究的网络ARPANET——世界上第一个采用分组交换技术的计算机通信网。逐渐地，ARPANET通过租用电话线连接了数百所大学和政府部门，它也是现今Internet的前身。1982年开发了一簇新的协议，其中最主要的就是TCP和IP，IP协议用来给各种不同的通信子网或局域网提供一个统一的互联平台，TCP协议则用来为应用程序提供端到端的通信和控制功能。这个体系结构被称为TCP/IP协议模型。TCP/IP参考模型ARPANET发展成为Internet网络后，不断完善TCP/IP协议模型，使得TCP/IP成为Internet网络体系结构的核心。迄今为止，几乎所有工作站和运行UNIX的计算机都采用TCP/IP，并将TCP/IP融于UNIX操作系统结构之中，成为其中一部分。在微机及大型机上也支持相应的TCP/IP协议及网关软件，从而使众多异种主机互联成为可能。TCP/IP也就成为最成功的网络体系结构和协议规程。TCP/IP包括两个协议：传输控制协议(TransmissionControlProtocol,TCP)和网络互联协议(InternetProtocol,IP)，两者都是非基于任何特定硬件平台的网络协议，既可用于局域网(LAN)，又可用于广域网(WAN)。但TCP/IP实际上是一簇协议，它包括上百个具有不同功能且互为关联的协议，而TCP和IP是保证数据完整传输的两个基本的重要协议。二.TCP/IP参考模型OSI参考模型TCP/IP

参考模型应用层应用层表示层会话层传输层传输层网络层互联网层数据链路层网络接口层物理层TCP/IP各层的功能1.网络接口层(HostNetwork)网络接口层TCP/IP参考模型没有真正描述这一层的实现，只是要求能够提供给上面网络一个访问接口，使TCP/IP协议与具体的物理传输媒体无关，体现了TCP/IP协议的包容性和适应性。具体实现方法随网络类型的不同而不同。2.互联网层(InternetLayer)互联网层IP协议是TCP/IP协议栈的核心.主要协议是无连接的网际协议IP。它的功能是把分组发到目的网络或主机。IP层又通过网络接口层与不同的网络打交道，向下实现互联，向上提供通用的无连接数据报服务。TCP/IP各层的功能（1）将传输层送来的报文段或用户数据报装入IP数据报，填完报头，选择到达目的主机的路由，将IP数据报发往适当的网络接口。（2）对从网络接口收到的IP数据报，首先检查其合理性，然后进行寻径，若该数据报已到达目的地（本机），则去掉报头，将剩下的数据部分交给运输层；否则，转发该IP数据报。（3）处理网间网层差错与控制报文，处理路径、流控、拥塞等问题。互联网层功能有3个：TCP/IP的传输层相当于OSI参考模型的传输层，它的功能是为应用层提供会话和数据报通信服务。主要有传输控制协议TCP（TransmissionControlProtocol）和用户数据报协议（UDP（UserDatagramProtocol），它们都是建立在IP协议的基础上。传输控制协议TCP提供可靠的面向连接可靠通信服务，用户数据报协议UDP提供简单的无连接不可靠服务。3.传输层（TransportLayer）TCP/IP各层的功能TCP/IP各层的功能（1）依赖于TCP的应用协议，如远程终端协议Telnet，文件传输型的电子邮件协议SMTP，文件传输协议FTP，超文本传输协议HTTP，外部网关协议BGP等。（2）依赖于UDP的协议，例如单纯文件传输协议TFTP，简单网络管理协议SNMP，域名系统DNS，内部网关协议RIP，动态主机配置协议DHCP和引导程序协议BOOTP等。（3）依赖于TCP和UDP的协议，如通信用管理信息协议CMOT。当然，一些没有标准化的建立在TCP/IP协议簇之上的用户应用程序（或专用程序）也属于应用层。应用层向用户提供一组常用的应用协议，是应用程序访问网络下面各层的网络服务的接口。应用层协议可分为3类：TCP/IP模型图3.11TCP/IP体系中的各层使用协议1.应用层协议超文本传输协议HTTP文本传输协议FTP简单邮件传输协议SMTP域名系统DNS路由信息协议RIP简单网络管理协议SNMP协议类别2.传输层协议传输控制协议TCPTransmissionControlProtocol用户数据报协议UDP

UserDatagramProtocol互联网层协议地址解析协议ARPP156AddressResolutionProtocol网际协议IPInternetProtocol网际控制报文协议ICMPInternetControlMessageProtocol互联网组管理协议IGMPInternetGroupMisstatementProtocolOSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较OSI参考模型与TCP/IP参考模型都采用了层次结构，但OSI采用的是七层模型，而TCP/IP是四层结构。TCP/IP参考模型的网络接口层实际上并没有真正的定义，只是一些概念性的描述。而OSI参考模型不仅分了两层，而且每一层的功能都很详尽，甚至在数据链路层又分出一个介质访问子层，专门解决局域网的共享介质问题。TCP/IP的互联层相当于OSI参考模型网络层中的无连接网络服务。OSI参考模型与TCP/IP参考模型的传输层功能基本类似，都是负责为用户提供真正的端到端的通信服务，也对高层屏蔽了底层网络的实现细节。所不同的是TCP/IP参考模型的传输层是建立在互联层基础之上的，而互联层只提供无连接的服务，所以面向连接的功能完全在TCP协议中实现，当然TCP/IP的传输层还提供无连接的服务，如UDP（UserDatagramProtocol）；而OSI参考模型的传输层是建立在网络层基础之上的，网络层既提供面向连接的服务，又提供无连接服务，但传输层只提供面向连接的服务。在TCP/IP参考模型中没有会话层和表示层。事实证明，这两层的功能确实很少用到。0201OSI参考模型的抽象能力高，适合于描述各种网络，由于定义模型的时候对某些情况预计不足，造成了协议和模型脱节的情况；TCP/IP参考模型，当然这个模型与TCP/IP的各个协议吻合得很好，但不适合用于描述其他非TCP/IP网络。OSI参考模型的概念划分清晰，它详细地定义了服务、接口和协议的关系，优点是概念清晰，普遍适应性好；缺点是过于繁杂，实现起来很困难，效率低。TCP/IP在服务、接口和协议的区别上不清楚，功能描述和实现细节混在一起，因此TCP/IP参考模型对采取新技术设计网络的指导意义不大，这也就使它作为模型的意义逊色很多。OSI参考模型与TCP/IP参考模型的优缺点比较OSI参考模型与TCP/IP参考模型的优缺点比较TCP/IP的网络接口层并不是真正的一层，在数据链路层和物理层的划分上基本是空白，而这两个层次的划分是十分必要的；OSI的缺点是层次过多，事实证明会话层和表示层的划分意义不大，反而增加了复杂性。总之，OSI参考模型虽然一直被人们所看好，但由于没有把握好实际，技术不成熟，实现起来很困难，因而迟迟没有一个成熟的产品推出，大大影响了它的发展。TCP/IP虽然有许多不尽人意的地方，但近30年的实践证明它还是比较成功的，特别是近年来因特网的飞速发展，也使它获得了巨大的支持。4.2网络通信技术基础4.2.1通信方式通信就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。计算机数据通信指的是一个或多个计算机与多种输入/输出终端之间传送和接收数据。数据通信按照信号传送方向与时间的关系，可以分为3种通信方式：单工通信、半双工通信、全双工通信。3种通信方式4.2.2传输介质网络的传输介质是指计算机网络中信息发送端与信息接收端之间的信息通道所使用的连接材料。传输介质可以分为有线传输介质和无线传输介质。有线、无线传输介质双绞线同轴电缆光纤微波通信系统卫星通信无线通信技术Wi-Fi技术射频识别（RFID）Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术，是无线局域网和无线互联网计入的802.11系列标准。射频识别（RFID，RadioFrequencyIdentification）是一种非接触式的自动识别技术，它是传统条形码技术的继承者，又称为“电子标签”。射频识别系统主要由电子标签、天线、阅读器、控制软件组成。5G就是第五代通信技术，主要特点是波长为毫米级，超宽带，超高速度，超低延时。将实现随时、随地、万物互联，让人类敢于期待与地球上的万物通过直播的方式无时差同步参与其中。5G技术二、网络通信技术基础WI-FI发展历程5G发展历程射频识别系统案例分析：2019中国在线直播行业—花椒