《计算机文化基础 》课件-第7章

第7章计算机网络入门7.1数据通信基础

7.2计算机网络7.3国际互联网思考题7.1数据通信基础

1.模拟信号和数字信号通信的目的就是传递信息。在通信中产生和发送信息的一端叫做信源，接受信息的一端叫做信宿，信源和信宿之间通过信道进行信息的交互。作为一般的通信系统，信源产生的信息可能是模拟数据，也可能是数字数据。模拟数据是指在某个区间内连续变化的值，例如一段时间内的温度、压力等可以通过传感器用连续的数值来表示；而数字数据是一组离散的值，例如一周里每天的最高温度。在数据进入信道之前要变成适合传输的信号，这些信号可以是模拟信号，也可以是数字信号。

在通信系统中，模拟信号是一种随时间连续变化的信号，数字信号是一系列离散脉冲信号。模拟信号和数字信号都可以在合适的传输介质上进行传输，但两者具有各自的特点：

(1)数字信号比模拟信号更容易衰减。

(2)模拟信号通过串联放大器来补偿衰减，容易产生失真。而数字信号通过中继器的接收、恢复和重发，保证了信号传输的正确性。

(3)模拟信号传输可以利用分布广泛的电话网、有线电视网及卫星等已有的模拟信号传输系统。

2.信号的表示模拟数据和数字数据都可以用模拟信号和数字信号来表示。

(1)模拟数据→模拟信号：例如声波是强度连续变化的模拟数据，通过电话产生相同频率幅度的电磁波，并在电话线上传输，然后再通过电话还原。

(2)数字数据→数字信号：可以直接用二进制形式表示数字数据，通过电路生成正负脉冲电压，用恒定的正电压表示二进制1，用恒定的负电压表示二进制0。

(3)模拟数据→数字数据→数字信号：可以用一组离散的数字数据近似地表示连续的模拟数据，并产生相应的脉冲信号。

(4)数字数据→数字信号→模拟信号：利用调制/解调器(MODEM)可以将脉冲电压转化为模拟信号，并在线路的另一端将信号解调为原来的数据。

3.多路复用由于传输介质的能力在传输单一信号时往往过剩，为更加有效地利用传输系统，可以采取一定的方法让系统同时携带多个信号而且互不干扰，这就是所谓的“多路复用”。多路复用的基本类型有频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和码分多路复用(CDM)。通常，介质的可用带宽往往超过传输信号所需的带宽，频分多路复用(FDM)正是利用了这一优点。如果每个信号以不同的载波频率进行调制，而各载波频率是相互独立的，这样就可以保证调制后的信号带宽不会相互重叠。各信号占用以它的载波频率为中心的一定带宽，称为通道。为防止干扰，在通道之间用保护带进行隔离，即保留一段不用的频谱区。如图7.1所示。

图7.1频分多路复用

时分多路复用(TDM)利用的是介质的位传输率超过传输数据所需的传输率这一优点。各个信号可以按时间片交叉传输，从而达到提高传输效率的目的。例如一条容量为57.6kb/s的线路可以容纳六个速率为9.6kb/s的信号分组传送。如图7.2所示。时分多路复用一般按字符传送，要求每一路把一个字符作为一个整体来保存。

图7.2时分多路复用

在码分多路复用(CDM)或码分多址(CDMA)(属于射频信道复用)通信系统中，不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其他使用不同码型的信号因和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。多址技术解决了蜂窝式移动通信系统中多个用户台需同时通过一个基站和其他用户台进行通信的问题。

4.异步传输和同步传输在数字数据通信(模拟信号或数字信号)中，数据是按位传送的，每个字符由5～8位组成。数据的发送与接收必须同步，否则接收到的将是一串毫无意义的信号。常用的同步方式有两种：异步传输和同步传输。

异步传输每次发送一个字符的数据，并在字符的首尾分别设置一个起始位和一个终止位，每个字符含有相同的位数，这样就可以实现在一个字符内各位的同步。而各字符之间的发送时间间隔是不定的。在发送间隙，线路处于停止状态，直到检测到起始位的跳变脉冲为止。在同步传输中，发送端连续发送一串字符(称为数据块)，字符之间没有间隙，和异步传输不同的是它没有起始位和终止位，而是用一个同步字符SYN作为开始，用另一个SYN结束。这样就实现了在一个数据块内各字符的同步。

5.串行与并行数据传送的方式有两种：串行通信和并行通信。通常并行通信用于距离较近的场合，串行通信用于距离较远的场合。实际上这两种通信方式是由连接设备的数据线的线数决定的。在并行数据传送时，至少有8个数据位(一个字节)同时从一个设备传送到另一个设备，如图7.3所示。8个数据位通过8条数据线到达接收设备后，无需转换就可以直接使用。这些并行的数据线也叫总线，如8位总线，还有可并行传送16位数据的16位总线。在实际使用中，并行数据总线的形式有多种，包括：

(1)计算机电路板上的印制线就包含有数据总线。(2)扁平带状电缆，如硬盘、软驱上的电缆。(3)圆形屏蔽电缆，如某些与计算机外设相连的电缆。

图7.3并行数据传输

在串行数据传输中，只有一条数据线，每次只能传送一位数据。与并行传输相比，传输速度要慢，但具有较好的经济性。在并行传输时，需要一条至少有8条数据线的电缆将两个通信设备连接起来。当进行短距离传输时，这样连接的费用还可以容忍；但在长距离数据传输时，利用现成的电话线就可以大大节省开支。由于电话系统最初设计成用一对电线(一根为数据线，一根为地线)来传输声音信号，只能实现串行数据传送，因此计算机要利用电话线进行通信，就必须采用串行数据传输技术。如图7.4所示

。图7.4串行数据传输

6.数据交换技术实现数据通信最简单的形式就是用某种传输介质将两台设备直接相连，但在实际使用中这样通常是不现实的，必须通过有中心节点的网络把数据从源地发送到目的地。一般的交换网络的这些中心节点并不关心数据内容，而是提供一个交换设备，使数据准确无误地中转到下一个节点，直至目的地。通常将希望通信的那些设备称为站，而将提供通信的那些设备称为节点，节点之间以某种方式相互连接，形成通信网络。每个站都连接到其中一个节点上。这种由中间节点进行转接的通信称为交换。一般的交换网络如图7.5所示。

图7.5一般的交换网络

1)电路交换电路交换就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条临时的专用通信线路，最常见的例子是电话系统。这种通信方式包括3种状态：线路建立、数据传送和线路拆除。由于在数据传输开始以前必须建立连接通路，在通路中的每对节点之间的通道容量应是可用的，而且每个节点必须有内部交换能力，能够确定通过网络的路径。电路交换的优点是数据传输可靠，传输延迟小，实时性好；缺点是建立连接需要的时间较长，线路利用率低。因此，电路交换适用于模拟信息的传输和实时大批量连续的数字信息传输。

2)报文交换所谓报文，就是需要发送的整个数据块。报文交换不需要在两个站之间建立一条专用通路。如果一个站要发送一个报文，就把一个目的地址附加在报文上，然后把报文从节点到节点地通过网络。在通过每个节点时，先接收并暂存该报文，等信道空闲时再发送到下一节点。这种系统通常也称为存储转发报文系统。由于许多报文可以分时共享一条节点到节点的通道，线路的传输效率较高。但在通过节点时需要排队，其延迟时间可能很长并且不固定，因此报文交换的方式不能用于声音连接或交互式连接。

3)分组交换分组交换技术是数据网络中最广泛使用的一种交换技术。分组交换很像报文交换，不同之处在于，在分组交换网络中要限制所传输的数据单位的长度，典型的为一千位到几千位。超过最大长度的报文必须分成几个，一次只发送一个。较小的分组使得分组交换具有对中间节点存储容量要求不高、转发延时小、传输差错少和极容易进行差错处理等优点。但由于在目的站点要对报文进行重新组装，因此增加了目的站点处理的时间和复杂性。

分组交换在具体的实现中又有两种方法：数据报和虚电路。在数据报方法中，每个分组独立地处理，各节点对到达的分组做出路径选择，通过测定队列长短将该分组发送到队列最短的下一节点。具有同样目的地址的分组不一定通过同一路径，这样各分组可能不按发送顺序到达目的地，需要重新进行排列。

在虚电路方法中，在发送如何分组之前，先要建立一条逻辑连接。通过从源数据站发送呼叫请求及到下一节点的路径判断，一直到目的站。如果目的站已准备接收这个连接，就发送一个呼叫接收按原路径返回。这样就可以在两站之间建立起逻辑连接或虚电路。然后各数据分组都经过相同的路径在两站之间传送，在数据交换完成后，其中一个站用清除请求来结束这次连接。无论何时，每个站都能和任何站建立多个虚电路，也能和多个站建立虚电路。需要注意的是，这样的虚电路与电路交换中的专用通路不同，分组在各节点仍需缓冲，并在线路上进行输出排队。虚电路与数据报方法的区别在于，各节点不需为每个分组作路径选择。虚电路的优点是能保证分组按序、按时到达以及保证分组不丢失，能够保证通信服务的质量。

7.2计

算

机

网

络

7.2.1网络的拓扑结构拓扑(Topology)是从图论演变而来的，是一种研究与大小无关的点、线、面特点的方法。在计算机网络中抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为点，把网络中的电缆等通信介质抽象为线，形成点和线组成的几何图形。这种采用拓扑学方法抽象出来的网络结构称为计算机网络的拓扑结构。计算机网络的典型拓扑结构主要有星型、总线型、环型和树型，另外还有全互联型和不规则型等。拓扑结构的选择应该考虑的因素包括：

(1)性价比。选择拓扑结构时，应综合考虑使用要求和建网费用。

(2)灵活性。选择拓扑结构时，还要考虑在设备搬动时很容易重新配置网络，并且能方便地删除原有节点或加入新节点。

(3)可靠性。在局域网中有两类故障，一是网中个别节点损坏，只影响局部；二是网络整体无法运行。在设计网络拓扑时应使故障检测和故障隔离较为方便。

1.星型结构星型网络的拓扑结构如图7.6所示。在星型网络中，所有的工作站都直接连接到集线器(HUB)或交换机上，当一个工作站要传输数据到另一个工作站时，都需要通过中心节点。

图7.6星型拓扑

在使用星型结构组网时应注意：

(1)HUB或交换机可以进行级联，但最多不能超过4级。

(2)用户计算机接入或退出网络时不能影响系统的正常工作。

(3)一般采用双绞线进行连接，符合现代综合布线标准。

(4)这种网络结构可以满足多种带宽的要求，从10Mb/s、100Mb/s到1000Mb/s。

2.总线型结构总线型网络的拓扑结构如图7.7所示，其中一个节点是网络服务器，由它提供网络通信及资源共享服务，其他节点是网络工作站(即用户计算机)。每一台用户计算机都共用一条通信线路(总线)，其中任何一个节点发送的信息都会通过总线传送到每一个节点上，属于广播通信方式。每台用户计算机在接收到信息后，先分析该信息的目的地址是否与本地地址相一致。若一致，则接收此信息，否则拒绝接收。

图7.7总线型拓扑

在总线型网络的安装中应注意以下几点：

(1)这种网络结构一般使用同轴电缆进行网络连接，不需中间连接设备，建网成本较低。

(2)每一网段的两端都需安装终端电阻器。

(3)仅适于连接较少的计算机(一般少于20台)。

(4)网络的稳定性较差，任一节点出现故障将导致整个网络的瘫痪。

(5)主要用于10Mb/s的共享网络。

3.环型网络环形网络的拓扑结构如图7.8所示。它是将每一个用户计算机连接在一个封闭的环路中，一个信号依次通过所有的用户计算机，最后再回到起始用户计算机。每个用户计算机会逐次接收到环路上传输过来的信息，并对此信息的目标地址进行比较，当与本地地址相同时，才决定接收该信息。

图7.8环型拓扑环型网络具有以下特点：

(1)每个工作站相当于一个中继器，当接收到信息后会恢复信息的原有强度，并继续往下发送。

(2)在环路中新增用户较困难。

(3)网络可靠性较差，不易管理。

4.树型结构或层次结构树型拓扑的特点是联网的各计算机按树形组成，形状像一棵倒置的树，树的每个节点都是计算机，如图7.9所示。一般来说，越靠近树根，节点的处理能力越强。低层计算机的功能与应用有关，一般都具有明确的定义和专门化很强的任务；根部则有更通用的功能，以便控制协调系统的工作。当某个节点发送信息时，根部接收该信号，然后再重新广播发送到全网，不需要中继器。

图7.9树型拓扑

树型拓扑具有以下特点：

(1)容易添加新的分支和节点。

(2)如果某一分支的节点或线路发生故障，容易将其从整个系统中隔离出来。

(3)对根部的依赖性太大，如果根部发生故障，全网就无法正常工作。

7.2.2网络体系结构所谓网络体系就是为了完成计算机间的通信合作，把每个计算机互联的功能分成定义明确的层次，规定了同层次进程通信的协议及相邻层之间的接口及服务。这些同层进程间通信的协议以及相邻层的接口统称为体系结构。网络协议是网络中通信各方事先约定的通信规则，计算机之间进行通信时必须使用相同的网络协议。网络协议主要由3个要素组成：语义、语法和时序。

(1)语义：是指构成协议的元素的含义，包括各种控制信息、命令及应答。

(2)语法：是指数据或控制信息的数据结构形式或格式。

(3)时序：即事件的执行顺序。

图7.10TCP/IP协议集及其主要协议

局域网络LAN是将小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络。既然局域网是计算机网络系统中的一种，它的体系结构是否也采用开放系统互联的OSI参考模型呢？回答是：不完全遵循。局域网的体系结构与OSI的体系结构有很大的差异，这是因为局域网只是一种通信网，它的体系结构只包括OSI的一部分，包括物理层、数据链路层和网络层。随着局域网的广泛使用，标准化的问题愈加重要起来。IEEE下设的IEEE802委员会在局域网LAN的标准制定方面做了卓有成效的工作，所制定的IEEE802局域网标准已得到国际标准化组织ISO的采纳。已公布的11条标准包括：

IEEE802.1A： 体系结构IEEE802.1B： 寻址、网间互联和网络管理IEEE802.2： 逻辑链路控制LLCIEEE802.3： CSMA/CD访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.4： 令牌总线访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.5： 令牌环网访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.6： 城域网访问控制方法和物理层技术规范IEEE802.7： 宽带技术IEEE802.8： 光纤技术IEEE802.9： 综合话音数据局域网IEEE802.10： 可互操作的局域网的安全IEEE802.11：

无线局域网

7.2.3网络中的传输介质

1.双绞线双绞线电缆中封装有一对或一对以上的双绞线，每对双绞线通常由两根表面为绝缘材料的铜导线相互缠绕而成，其中一根为数据线，另一根为地线，这样可以降低信号的干扰。例如电话线就是一种双绞线。双绞线通过压装在两端的连接器RJ-45(俗称水晶头)与其他设备相连。双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两大类。屏蔽双绞线电缆的外面包有一层金属材料，以减少辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输率。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装较困难，必须使用特殊的连接器。非屏蔽双绞线电缆的外面只有一层绝缘胶皮，重量轻、易弯曲、安装方便、组网灵活，非常适用于结构化布线。双绞线按传输质量又可分为1到5类，局域网中常用的为3类、4类和5类。为适应网络速度的不断提高，近来又出现了超5类和6类，其中6类双绞线可满足最新的千兆以太网的高速应用。

2.同轴电缆

同轴电缆的中心是一根用绝缘材料包住的铜导线，外层是网状的铜导体，并通过另一层绝缘材料与外界隔离。与双绞线相比，同轴电缆的抗干扰能力强，屏蔽性能好，常用于总线型网络拓扑中。根据直径的不同，同轴电缆又分为细缆和粗缆两种。粗缆具有较高的可靠性，网络抗干扰能力强，但网络安装、维护和扩展比较困难，所以仅用于大型局域网主干部分的连接。与粗缆相比，细缆具有安装简单、造价低、网络扩展方便等优点。但因总线断点较多，降低了网络系统的可靠性，维护比较困难，所以细缆主要用于低速(10M)局域网的主干连接。另外，在节点较少且分布较紧凑的小型局域网中也常使用纯细缆结构。

3.光缆光纤即光导纤维，是一种细小、柔韧并能传输光信号的介质，光缆由多条光纤组成。与铜缆(双绞线和同轴电缆)相比，光缆具有通信容量大、信号衰减小、抗干扰能力强等诸多优点。但安装技术难度大、费用高等因素限制了它的普及应用。光纤通信的主要组成部件有光发送机、光接收机和光纤，在进行长距离信息传输时还需要中继器。光发送机可以产生光束，将表示数字代码的电信号转换为光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，在另一端由光接收机接收光信号，并还原为电信号。对光载波的调制属于移幅键控法ASK，也称为亮度调制(IntensityModulation)。典型的做法是以光的有无来表示二进制数字的1和0。

4.无线传输无线通信主要适应于移动通信和某些难于架设电缆或光缆的场合。目前无线网络的技术指标与有线网络相比还有相当的差距，主要是无线网络的数据传输率还不能满足要求。微波是指频率为300MHz～300GHz的电波，主要使用2～40GHz的频率范围。微波通信是把微波作为载波信号，用被传输的模拟信号或数字信号进行调制。由于微波段的频率很高，频段范围宽，故微波信道的容量很大，可同时传输大量信息。

红外线通信是利用红外线来传输信号，在发送端设有红外线发送器，接收端有红外线接收器，可以任意安装在室内或室外，但它们必须置于可视范围内并对准，可直接传递或经房间天花板的浅色表面的反射传递信息。红外线具有很强的方向性，很难窃听、插入和干扰，但传输距离有限，易受环境(如雨、雾和障碍物)干扰。激光通信是利用激光束来传输信号，即将激光束调制成光脉冲，因此激光通信与红外线通信一样是全数字的，不能传输模拟信号。它们的不同之处在于，激光硬件会发出少量射线污染环境，需经特许才能安装。

7.2.4常用网络设备

1.网卡网卡是网络中必不可少的连接设备，是计算机在网络上传输数据的接口。它的功能包括：①数据缓存；②帧的封装和解封装；③介质访问控制；④串/并转换；⑤数据编码/解码；⑥数据发送/接收。根据工作对象的不同，服务器应采用千兆位网卡(至少应采用100Mb/s)，用户计算机可选用10/100Mb/s自适应网卡。按支持带宽的不同，网卡可分为10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s自适应、1000Mb/s等；按总线类型的不同，网卡又可分为16位总线的ISA，32位总线的EISA、MCA、PCI，特殊总线的PCMCIA、并行口、USB口等等。目前，PCI总线的网卡由于具有高性能、易用性、即插即用特性和增强了的可靠性成为服务器和用户计算机的首选。为了与不同传输介质实现连接，网卡的接口类型也有多种，如与粗缆连接的AUI接口、与细缆连接的BNC接口和与双绞线连接的RJ-45接口。另外，在企业局域网中，还可能需要使用光纤接口网卡，类型有SC、ST和较新的MT-RJ接口。

2.集线器集线器(HUB)是网络中各分支的汇聚点，主要用于星型网络中服务器与数台工作站的连接。它的作用体现在两个方面：一是作为中继器，将接收到的信号进行再生放大；二是提高组网的灵活性，用户计算机可以自由地进入和退出网络，而不会影响整个网络的正常运行。HUB只是一个信号放大和中转的设备，不具备自动寻址能力，即不具备交换作用。所有传到HUB的数据均被广播到与之相连的各个端口，容易形成数据堵塞，因此有人称集线器为“傻HUB”。

HUB主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面的最佳、最经济的方案。HUB在网络中作为一个星型节点，对连接在节点上的用户计算机进行集中管理，不让出问题的用户计算机影响整个网络的正常运行，并使用户的加入和推出灵活方便。

共享式局域网的本质是所有的用户计算机共享信道，随着网络中用户数量和数据传输流量的增加，会导致网络速度和稳定性的急剧下降。依据总线带宽的不同，HUB有10Mb/s、100Mb/s、10/100Mb/s及1000Mb/s等多种类型。在选用HUB时，还要注意信号输入口的接线类型。

3.交换机局域网中的交换机，也叫交换式HUB(SwitchHUB)。交换技术的作用便是根据所传信息包的目的地址，将其独立地从源端口发送到目的端口。当不同的源端口向不同的目标端口发送信息时，交换机就可同时互不影响地传送这些信息包，提高了网络的实际吞吐量。由交换机组成的网络叫做交换式网络，在交换式网络中，也可以使用HUB与交换机直接相连，将交换机端口的数据送到桌面。共享式网络中HUB的作用仅相当于一个中继器，只起到将衰减的信号放大的作用。而交换机与HUB不同的是，它对信息进行重新生成，并经内部处理后转发至指定的端口。因此，交换式局域网允许每个用户计算机有可能获得全部带宽，无需争取信道。在相同速度的网络中，交换式网络的理论速度是共享式网络的1.85倍。

交换机内部处理机制的不同，将影响到数据的传输质量。目前交换机一般采用存储转发、直通和无碎片直通等3种方式。存储转发是将接收到的数据帧先存储下来，然后对其中一些不健全的帧进行滤除，最后将无差错的帧送到指定的线路，这是3种交换方式中最慢的一种。直通是将接收到的数据帧只查看目标地址后，直接送到线路上。这种方式的转发速度非常快，但无法进行错误校验，错误帧仍然会被转发出去。

无碎片直通是上面两种方式的折衷，即在传输速度上比存储转发快，而在数据帧的差错处理上比直通强。根据以太网的结构可知，一个正常的帧的长度至少是64B，而小于64B的帧(称为碎片)肯定是错误的。因此可以让交换机在转发数据前，不仅接收目的地址，还要求接收到的帧必须大于64B。

4.调制解调器计算机远程通信中，一般都利用现存的公用电话网，目前的电话入户信号都是模拟信号，而计算机处理的信息都是数字化的，因此，计算机入网通信时应能有将数字信号转换为模拟信号及将模拟信号转换为数字信号的转换装置，前者叫调制，后者叫解调。当具有两种功能时，就叫做调制解调器，即Modem。所以，在模拟信道传输数字信号时，Modem是不可缺少的数据传输设备。衡量Modem的最主要参数是传输速率(每秒传输比特数，b/s)。到目前为止有14.4kb/s、28.8kb/s、33.6kb/s、56kb/s等多种传输速率的Modem。Modem除了速度外还应考虑抗干扰能力和安全性，抗干扰能力主要由线路设计决定，好的设计可以减少干扰，提高工作稳定性；安全性是指Modem的防雷性能，主要和防雷措施的好坏有关。

由于Modem和计算机的不同，连接方式可分为3种：

(1)外置式，也叫独立式。该种Modem背面有与计算机、电话等连接的插头座。外置式Modem通过COM或是USB口与计算机通讯，安装、拆卸比较方便，可以随时带走，一般在Win9X中稍加设置即可成功，外置的面板上有一排小灯，能十分清楚地知道数据传输的情况。当然它也有缺点：首先它有独立电源，这就意味着在加电时要分别打开电脑开关和Modem开关，多一道手续；其次就是价格比内置的高，毕竟多了一个电源和外壳。

(2)内置式也叫内装式。Modem以槽卡形式接插在计算机的扩展槽上。内置式Modem无独立电源，通过PCI或是ISA插槽与电脑相连，安装时需打开机箱。在Modem才出现时，由于无即插即用功能以及当时没有PCI接口，在ISA插槽中集中了声卡、显卡、解压卡等众多ISA接口的板卡，占用了中断资源，使Modem的安装较为困难。随着软硬件技术的发展，Win9X、Win2XXX已有即插即用的功能，而且随着PCI接口的普及，大部分内置Modem通过PCI接口与计算机通信。对于这种情况，Modem不需作任何跳线，只要插入槽中，打开主机电源，然后在电脑的提示下安装驱动程序即可。当然，少数情况下如果出现中断冲突，还是比较费事的。

(3)PC卡式。它是专为笔记本电脑设计的，它只有一张名片大，可以直接插在笔记本电脑的标准PCMCIA插槽中。

7.2.5网络操作系统网络操作系统是网络用户和计算机网络的接口，它除了要完成一般操作系统的任务外，还要管理与计算机网络有关的硬件资源和软件资源，允许设备与其他设备进行通信。根据网络资源的管理方式来划分，网络操作系统有3种类型：

(1)集中式。这种系统的基本单元是一台主机和若干台与主机相连接的终端，将多台主机连接就构成了网络，UNIX系统是典型的例子。由于UNIX发展时间长，性能可靠，并且多用于大型主机，在关键任务场合仍是首选的系统。金融行业至今仍以UNIX系统为主。

(2)客户机/服务器(C/S)模式。这种模式代表了现代网络的潮流。在网络中连接多台计算机，有的计算机提供文件、打印等服务，被称为服务器；另外一些计算机则向服务器请求服务，成为客户机或工作站。客户机与集中式网络中的终端不同的是，客户机有自己的处理能力，仅在需要通信时才向服务器发出请求，而典型的终端一般称为哑终端，没有自己的处理能力，是靠主机的CPU分时完成各种处理。Novell的Netware和Microsoft的WindowsNT是这种网络操作系统的典型代表。

(3)对等式。在网络中，每一台计算机都具有客户和服务器两种功能，既可向其他机器提供服务又可向其他机器请求服务。Microsoft的WindowsforWorkgroup和Windows95/98/Me就是这一类的典型代表。在集中式网络中，网络操作系统仅安装在主机上，终端本身不需要安装任何软件；在客户机/服务器网络中，网络操作系统实际上由两部分组成，一部分是服务器软件，另一部分是相对简单的客户机软件；在对等式网络中，所有的计算机都安装的是同一类操作系统。常用的网络操作系统有UNIX、NetWare、WindowsNT、Linux和Windows2000等。

1.UNIX网络操作系统

UNIX出现于20世纪60年代末70年代初，主要作为网络操作系统，也可作为单机操作系统使用。目前主要用于工程应用、计算机辅助设计和科学计算等重要领域。其特点为：

(1)安全可靠。对使用DOS和Windows的用户来说，计算机病毒不是一个陌生的客人，而UNIX在抵御病毒入侵方面比其他任何一种操作系统的能力都强。这主要是因为UNIX一开始就是为多任务、多用户环境而设计，它在用户权限、文件和目录权限、内存管理等方面有着非常严格的规定，使系统的安全性、可靠性得到了充分保障。另外，UNIX在网络信息的保密性、数据的安全备份等方面都提供了很好的保护措施。

(2)广泛的网络互联兼容性。可以这样讲，不管什么品牌的计算机，也不管其安装的是哪一种操作系统，几乎都可以方便地接入UNIX网络，并保持良好的兼容性。并且当局域网接入Internet时，UNIX操作系统是首选。这是因为UNIX具有悠久的历史，大量的软、硬件生产厂商在开发自己的产品时都充分考虑了与UNIX的兼容问题，并利用了UNIX中的优秀技术。

(3)硬件的兼容性差。UNIX的微内核使用C语言和汇编语言编写，程序代码的可移植性较差，致使UNIX只能运行在不多的几家厂商制造的硬件平台上，这也是UNIX得不到普及的一个重要原因。

2.NetWare操作系统

Novell公司的NetWare是运行在网络服务器上的操作系统，支持运行不同操作系统的计算机，如DOS、Windows、OS/2、Macintosh、UNIX等工作站。在20世纪80年代到90年代初，随着微型计算机的大量应用，Novell网曾风靡一时。但近几年来，Internet的应用在全球不断升温，多数操作系统都把注意力集中在可访问Internet或网络互联功能的实现上。而NetWare网络操作系统恰恰忽视了这一点。不过在1998年底，随着NetWare5的推出，Novell的名字重新被大家所接受。Netware的最大特点是提供了高性能的文件服务和打印功能。

3.WindowsNT操作系统微软的WindowsNT产品分为单机操作系统(WindowsNTWorkstation)和网络操作系统(WindowsNTServer)两种。WindowsNT具有如下特点：

(1)内置的网络功能。通常的网络操作系统是在传统的操作系统之上附加网络软件，而WindowsNTServer则把网络功能做在了操作系统中，这样可以同时存在客户机/服务器网络与对等式网络两种模式。在对等式网络中，各站点既是工作站，又是服务器，所有站点均处在对等位置。

(2)良好的用户界面。WindowsNT采用全图形化的用户界面，使用户可方便地通过鼠标进行操作，尤其是WindowsNT4.0具有与Windows95相同的操作界面，使人备感亲切。

(3)组网简单，管理方便。与NetWare相比，组建和管理NT网络非常简单，基本不需掌握太深的网络知识。但NT网络对工作站的要求比NetWare高。

4.Linux网络操作系统

1991年，芬兰赫尔辛基大学的学生LinusTorvalds利用Internet发布了他在386个人计算机上开发的Linux操作系统内核的源代码，开创了Linux操作系统的历史，也促使了自由软件Linux的诞生。从技术角度来讲，Linux指的是开放源程序代码的类UNIX操作系统，是UNIX的克隆。影片《泰坦尼克号》中的CG动画就是在Linux操作系统上制作的，并取得巨大成功，业界宣布支持Linux的厂商不断出现，加上媒体声势浩大的宣传，使Linux成为今天令人瞩目的新星。

5.WindowsforWorkgroups操作系统

WindowsforWorkgroups是Windows3.1的更新版本，它是建立在Windows3.1基础上的对等式网络操作系统。使用WindowsforWorkgroups或Windows95/98/Me，任何386以上的PC机都可互联成网，在这个网络上和其他用户一起共享网络资源(文件和打印机)。它的优点在于：

(1)网络上的计算机之间可快速、方便地传输文件。

(2)集中式文件存储和备份。

(3)传递电子信函和消息。

(4)共享打印机、硬盘、光驱和其他设备。

7.2.6局域网的组建决定局域网特征的主要技术有3个：连接各种设备的拓扑结构、数据传输形式及介质访问控制方法。局域网具有几种典型的拓扑结构：星型、环型、总线型和树型。局域网的传输形式有两种：基带传输和宽带传输。基带传输是指把数字脉冲信号直接在传输介质上传输，而宽带传输是指把数字脉冲信号调制之后再在传输介质上传输。局域网中主要的传输形式为基带传输，宽带传输主要用在无线局域网中。

1.10M共享网络的应用

DOS时代，局域网几乎全是10M共享网络。目前，虽然快速以太网和千兆位以太网有许多诱人之处，但对于许多单位和部门而言，10M网络也够用了。在传输数据量不大，用户数较少的环境下组网时，一般可组建10M共享网络。尤其在大量的工作站使用DOS操作系统时，10M共享网络是较好的选择。从网络结构上讲，10M共享网络主要有两种连接形式：总线型和星型。

在总线型拓扑结构中使用的是细的同轴电缆，细缆之间及细缆与网卡间使用专用的BNCT型头连接。无论两台工作站之间的距离多近，每段细缆的长度不能小于0.5m，而一个网段的长度应限制在185m之内，每个网段的同轴电缆两端都必须安装50Ω的终端电阻器。网卡可使用普通的带BNC接口的10MNE2000兼容网卡。

如果是有专用服务器的主从式结构，服务器可使用WindowsNTServer4.0、NetWare3.x/4.x/5等网络操作系统。工作站可安装DOS6.22、Windows95/98等操作系统。如果采用对等式网络结构，这时网络中不存在服务器，每个网络节点既是工作站，又是服务器。计算机应安装适合于对等网的操作系统，常用的有WindowsforWorkgroups3.11、Windows95/98/NT等。一般情况下，总线型结构主要用于组建对等式网络。

总线型对等式网络因组网简单、廉价，不需专用服务器，网络维护和管理方便等优点，广泛使用于小型办公室、家庭和计算机游戏厅等场合，建议一个网段连入的机器在10～20台之间。在机器数量较少的单位，组建10M总线型是较好的选择。但随着接入网络的工作站数量的增多，总线型网络明显暴露出自己的先天不足：网络容易出故障，且不易排除，用户的增加或退出会影响网络的正常运行等。这时可选择使用星型共享型网络。在星型10M网络结构中可使用一个或多个HUB用同轴电缆相连后接入文件服务器，传输距离短时使用细缆，传输距离长时使用粗缆。每个工作站通过双绞线与HUB相连。星型结构一般用于主从式网络，需要一台专用的文件服务器，可组建成NT、Novell、UNIX、Linux等网络。运行DOS、Windows3.x、Windows95/98/NT的工作站都可以接入以上类型的网络中。星型网络结构避免了总线型网络存在的不足，接入网络的用户可通过增加HUB来连接，不过星型10M共享式网络中的用户数一般应控制在60台以下。适用于小公司、教学部门等单位使用。

2.10M星型交换式网络的组建共享式10M星型网络的总带宽为10M，所有用户共用此带宽，若一网段中有10个用户同时访问网络服务器时，每个用户实际可享用的带宽只有1M。因此，当用户数增多时，网络效率急剧下降，让用户陷入长时间的等待。交换式星型结构在共享结构的基础上采用10M交换机(交换式HUB)，可减少网络传输中的碰撞，有助于提高网络的实际吞吐量和工作效率，解决了共享式网络存在的不足。不过在单服务器的网络中，交换式网络并不像想象的那样出色，速度上几乎和共享式网络相同。实际组网中，交换式网络主要用于多服务器网络中。

3.100M共享式网络的组建

100M局域网(快速以太网)与10M局域网相比较，只是将网络带宽提高到原来的10倍，达到100Mb/s。在100M共享式网络中，所有的工作站和服务器均共享100M的带宽，因此均需安装100M的网卡。100M网络已不再使用同轴电缆，全部使用标准的双绞线布线。目前100M局域网主要用于传输文本、图形、声音、图像等多媒体的网络。

4.100M交换式网络的组建

100M交换式网络的结构与10M交换式网络的结构基本相同，只是在传输距离上受到限制。100M网络在服务器和工作站上全部安装100M网卡，使用5类UTO进行布线，可提供给每个端口100M带宽。这种方案适用于工作站和服务器全是Pentium级的计算机，而且网卡必须是PCI总线。无论共享还是交换，在100M网络中，为了兼容低配置的机器，组网时可采用10/100M自适应网卡和交换机。

5.1000M网络的应用当以太网从10M升级到100M后，人们发现在网络的主干部分，尤其是服务器与交换机、交换机与交换机的连接部分，100M的速度也无法满足网络的实际需要，应对其进行速度上的提升。IEEE(国际电子电气工程师协会)在1996年6月正式推出了千兆位(1000Mb/s)以太网标准802.3Z，该标准使用了光纤和铜缆两种介质，但其重点放在光纤标准上。虽然在传输距离上千兆位以太网比10M和100M网络小了许多，但它拥有1000Mb/s的传输速度，同时在技术上与10M及100M以太网保持了高度的兼容，同样遵从CSMA/CD协议。

7.2.7网络互联网络互联的目的主要有3个：

(1)将不同的网络或相同的网络用互联设备连接在一起形成一个范围更大的网络；

(2)为增加网络性能以及安全和管理方面的考虑将一个原来很大的网络划分为几个网段或逻辑上的子网；

(3)一个网络中的用户可能需要使用另一个网络所提供的服务和资源，但两个网络的体系差别很大，通过网络互联来实现异构网络之间服务和资源的共享。

1.中继器中继器主要用于扩展传输距离，其功能是将电缆上接收的信号进行再生，并发送到另一条电缆上。因此，中继器完全是一个硬设备，工作于物理层，对高层协议是透明的。目前以太网和令牌环网采用的基于HUB的结构，实际上也是中继器的原理，不同之处在于中继器用于连接两个网段，而HUB结构有很多端口可连接到用户设备。中继器的使用如图7.11所示。

图7.11中继器的使用

2.网桥网桥在局域网互联中最为常用，属于节点级的网络互联设备，它在数据链路层对帧进行存储转发。网桥也有在不同网段之间再生信号的功能，但增加了包含在链路层内的分组寻址信号，以决定哪两个网段之间进行信号中继，从而增强了互联功能。网桥能根据地址过滤数据分组，限制经过它的数据流，只允许需要经过此处到达目的地的分组通过。如图7.12所示，从A发往B的信号，只需在网段1中传输，因被网桥阻隔，不会送至网段2；从A发往C的信号，网桥将转发至网段2。

图7.12网桥的使用

3.路由器路由器是在网络层对分组信息进行存储转发，实现多个网络互联。如图7.13所示，路由器能支持多个链路连接的复杂网络，具有动态选择路由以平衡通过各个路由器的通信负载的功能。路由选择不仅基于网络层地址，而且基于数据分组的类型，因此可区分不同的协议，并做出相应的路由判定，这样就可以从安全的角度，阻断某些类型的数据，阻止某些用户访问被保护的网络。

路由器与网桥相比有以下3个优点：

(1)它能根据分组类型进行过滤和路由。

(2)它支持在LAN段之间有多个链路的网络，当某个链路损坏时，可选择其他路由。

(3)它可根据网络通信的情况决定路由，当网络负载过重时，各路由器能动态选择路由。

图7.13路由器的使用

4.网关

网关主要用于异构型网络互联。它不仅具有路由功能，而且能在两个不同的协议集之间进行转换，例如一个NetwareLAN可以通过网关访问IBM的SNA网络。网关的原理就像不同国家的语言翻译，将不同协议集的协议进行翻译、转换。

7.3国

际

互

联

网

7.3.1Internet的应用

1.文件传输服务文件传输服务即FTP服务。FTP允许

Internet网上的用户将一台计算机上的文件传送到另一台上，

FTP服务是由TCP/IP的文件传送协议(FileTransferProtocol)支持的。FTP服务解决了远程传输文件的问题，无论两台计算机相距多远，只要它们都加入Internet并且都支持FTP协议，则这两台计算机之间就可以进行文件的传送。

FTP实质上是一种实时的联机服务，在进行工作时，用户首先要登录到目的服务器上，之后用户可以在服务器目录中寻找所需文件，FTP几乎可以传送任何类型的文件，如文本文件、二进制文件、图像文件、声音文件、数据压缩文件等。一般的FTP服务器都支持匿名(Anonymous)登录，用户在登录到这些服务器时无须事先注册用户名和口令，只要以anonymous为用户名和自己的E-Mail地址作为口令就可以访问该FTP服务器了。

2.远程登录服务(Telnet)远程登录是Internet提供的最基本的信息服务之一，Internet用户的远程登录是在网络通信Telnet的支持下使自己的计算机暂时成为远程计算机仿问终端的过程。由于因特网上提供网络服务的UNIX主机很多，当用户需要通过Windows类的客户端直接操作和管理某个UNIX主机时，Telnet就成为一个极为方便的工具。

3.电子邮件服务(E-Mail)所谓电子邮件(ElectronicMail)，

就是利用计算机网络交换的电子媒体信件。为简单起见，通常也称电子邮件为E-Mail。电子邮件(E-Mail)是Internet上使用最广泛和最受欢迎的服务，它是网络用户之间进行快速、简便、可靠且低成本联络的现代通信手段。电子邮件使网络用户能够发送和接收文字、图像和语音等多种形式的信息。

使用电子邮件的前提是拥有自己的电子信箱，即E-Mail地址，实际上是在邮件服务器上建立一个用于存储邮件的磁盘空间。电子邮件地址的典型格式为：username@，其中部分代表邮件服务器的域名，username代表用户名，符号@读作“at”，意为“在”，例如某E-Mail地址为:Webmaster@409net.xidian.

，其含义表示为在计算机409上用户名为Webmaster的电子邮件地址。

4.WWW服务万维网(WWW，WorldWideWeb)是一个基于超文本方式的信息查询方式，通过超文本方式将Internet上不同地址的信息有机地组织在一起。WWW提供了一个友好的界面，大大方便了人们的信息浏览，而且仍然可以提供传统的Internet服务，如Telnet、FTP、Gopher、News、E-Mail等。实际上Internet提供的服务远远不止这些，还有诸如Archie、WAIS等等，而且随着Internet的飞速发展，每天都在诞生新的服务，如今像网络电话(InternetPhone)、网络会议(NetMeeting)、网络传呼机(ICQ)等都得到极大的应用，虽然Internet提供的服务越来越多，但这些服务一般都是基于TCP/IP协议，TCP/IP实际上是一组协议的集合，它是Internet运行的基础。

7.3.2我国Internet的发展

Internet在我国的发展虽然较晚，但还是比较迅速的。1987年，北京计算机应用研究所率先开通到德国的X.25线路，此后中科院、清华大学、北京大学纷纷建立起自己的校园网并实现了与Internet的连接，我国的Internet以此为基础初具雏形。随着我国科学技术的飞速发展，这几个规模有限的网络无法满足我国科技教育的需要，在国家的大量投入下，到1995年我国初步建成四大骨干网络，为Internet在我国的进一步发展奠定了基础。这4大骨干网为：

(1)计算机与网络设施(NCFC)。NCFC是由中科院主持下建立的，目前已经连接了全国24个城市的上百个研究所。

(2)中国教育科研互联网(CERNET)。CERNET是在国家教委主持下建立的，主要由清华大学、北京大学、上海交通大学、西安交通大学、华中理工大学、电子科技大学、华南理工大学、东南大学等10所大学承建，目前已经连接了全国300多所大学，拥有2Mb/s的国际专线，CERNET计划连入全国绝大部分大学和有条件的中、小学。

(3)中国公用计算机互联网(CHINANET)。CHINANET是由邮电部主持建设的，主要面向个人和商业用户，CHINANET目前已经覆盖了全国31个省市，拥有86Mb/s的国际专线。

(4)金桥信息网(CHINAGBN)。中国金桥信息网是我国第二个可以用于商业的计算机互联网，由电子工业部管理，覆盖了全国各省市和自治区。以上4大骨干网的建立为Internet在我国的使用、发展奠定了良好的基础，相信Internet在我国会有一个美好的明天。

7.3.3连接Internet的方法一般的ISP(即互联网服务提供商)比如163、169都为公众提供了各种接入INTERNET的服务，用户可以根据需要选择最佳的入网方式。

1.电话拨号上网拨号上网适于业务量小的单位和个人使用。拨号上网的用户需具备一台PC机、普通的通信软件、一台MODEM和一条电话线，然后到当地的ISP申请一个上网账号即可使用。每次通信首先通过电话拨号登录到ISP的主机，就可以通过ISP进入Internet。

2.DDN专线

DDN的中文名称为数字数据网，是一种恒久接入方式，应用范围也比较广泛，以前很多网吧都采用DDN专线上网。DDN专线通信速率高，适于大业务量的网络用户使用，但相对较贵，用户需具备上网专线和路由器。上网后网上的所有终端和工作站均可享用所有Internet服务。

3.帧中继接入帧中继的特点是通信效率高又可以同时与多个点建立连接，且租费比专线低，为专线的20%，适于LAN之间的互联。用户通过帧中继方式上网，需申请上网的帧中继电路、配备支持TCP/IP协议的路由器，当然用户必须有一个LAN或主机，同时还需为其网上的设备申请IP地址和申请使用的域名。通过帧中继方式上网后，用户网上的所有终端均可以享用Internet的服务。适合所有要求以主机或网络上网的用户。

4.主流接入方式：宽带接入现代社会对信息的需求越来越大，因特网对信息社会变得越来越重要，同时，由于近年来微电子技术、计算机技术的迅猛发展，使得因特网上由简单的传送数据文件到普遍提供实时视频、音频通信及动画、广告等其他娱乐服务，从而使因特网上数据量大增。目前，大部分人上网都是靠调制解调器拨号接入，接入速率比较低，常常会有一个比较长的等待时间，尤其是浏览视频、图片等服务时，人们常常戏称WWW(WorldWideWeb)世界范围浏览为世界范围等候(WorldWideWait)。

1)xDSL技术数字用户线(DSL，DigitalSubscriberLine)是一种不断发展的接入网技术，该技术采用数字技术和调制解调技术在常规的用户铜线上(即普通电话线)传送宽带数字信号。目前已有的数字用户线方案有ADSL、HDSL、SDSL和VDSL等，这些方案都是通过一对调制解调器来实现，其中的一个调制解调器放置在电信局，另一个则放置在用户端。

2)HFC混合光纤同轴电缆技术

HFC混合光纤同轴电缆技术也即CableModem电缆调制解调技术，是专门为在有线电视网上开发数据通信业务而设计的用户接入设备，它在50MHz以上的频段(多在550MHz)用一电视的6MHz带宽提供一个下行信道，在5～50MHz频段开辟一个上行通道，下行速率可达30Mb/s，上行速率可达几个Mb/s。

3)光纤到户(FTTH)光纤到家(FTTH)是接入网的最终解决方案，它的优点在于对用户来说带宽不受限制，为宽带业务接入家庭提供了带宽的保证，尤其是FTTH方式，光纤到家(FTTH)接入技术室外设备可以做到无源，可以避免雷击，性能可靠。基于宽带用户接入技术的业务包括高速数据接入、视频点播、网络互联业务、家庭办公、远程教学、远程医疗等。宽带接入的普及将引发Internet的又一次革命，并导致国际互联网的最终成熟。

7.3.4WWW服务与网络浏览器

1.WWW技术的发展概况创建WWW是为了解决Internet上的信息传递问题，在WWW创建以前，几乎所有的信息发布都是通过E-Mail、FTP、Archie和Gopher实现的。

HTML设计为易于学习、使用和在Internet上传递信息的一种文档表示语言。为了在Internet上传递HTML文档，要使用基于TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)的协议。这种协议后来成为超文本传输协议(HTTP)。WWW是随HTTP和HTML一起出现的。Web通过使用强有力的媒介传递信息克服了许多早期信息传递的限制，Web服务器利用HTTP传递HTML文件，Web浏览器使用HTTP检索HTML文件。从Web服务器一旦检索到信息，Web浏览器就会以静态和交互(如文本、图像)式显示各种对象。随着文本、图像、影像、声音和交互式应用程序的统一，WWW已经成为信息交换的一种很有效的方式。正是由于WWW的出现，我们才可以浏览各种信息来源，并且通过各种超链接能够很容易地从一种信息来源转到另一种信息来源。在特殊应用程序和浏览器的推动下，Web很快成为Internet上发布文本和多媒体信息的一种有效手段。

2.什么是URL

URL是UniformResourceLocator的缩写，翻译为“通用资源定位器”，它是指向Web服务器中某个页面的地址，其形式为字符串。自1991年以来，URL已经成为定位和寻找Web服务器上信息资源的标准方法，并支持联接互联网络上其他的应用，如FTP、Gopher、WAIS、USENRT、HTTP、E-Mail、Telnet等。使用URL将能使用户直接与一个具体的信息相连接，但是必须记住，在输入地址时，要严格按照原地址的标准，漏写一个字母或一个点都不能找到所需要的信息，甚至还要区分大小写。下面是一个典型的URL：

http://409让我们来看一下这个地址各个部分所表示的意义：在冒号“:”前面的部分表示用户要调用哪种形式(协议)的文件，http表示超文本文件，用户还可以调用gopher或ftp文件，只要在冒号“:”前输入gopher或FTP。双斜线“//”后面表示Web服务器的主机地址，如409。

3.超链接

Web上的页是互相连接的。其连接的中介就是超链接，超链接是指向Web页面的通用资源定位器(URL)的对象。当用户单击一个超链接时，该用户就会到超链接所指向的Web页面。URL可以看作是Web页面的地址。每个Web页面都有一个或多个URL与之相关。一般超链接是带下划线或边框，并内嵌了URL的文字和图形。通过单击超链接，用户可以跳转到特定Web节点上的某一页。超链接可以很容易辨认出来，比如有下划线的彩色文字、某些图片，当鼠标移动到上面时，鼠标形状便变成了一个小手，这时单击鼠标左键，超链接便将用户带到了另一个网址，因此用户不必刻意的去收集网址。

用户可以将WWW视为Internet上的一个大型图书馆，“Web节点”就像图书馆中的一本本书，而“Web页”则是书中的某一页。多个Web页合在一起便组成了一个Web节点。用户可以从一个特定的Web节点开始进行Web的“环游之旅”。

WWW还提供了丰富的图形图像和易于使用的导航控制，即使是对计算机最陌生的用户也能愉快地使用它。这就导致了WWW的流行和国际互联网的惊人增长。WWW地址出现在广告牌、商业电视节目甚至报纸广告中。国际互联网上的信息量每隔六个月就翻一倍，带来了难以置信的信息交换。现在我们指的上网首先就是使用WWW服务在Internet上浏览。

4.