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1、第五章 管理信息系统的网络技术基础,第一节 计算机网络概述,一、计算机网络的产生与发展 20世纪60年代初，以单机为中心的通信系统被称为第一代计算机网络，其特点是网络上的用户只能共享一台主机中的软件和硬件资源。到60年代末出现了多个计算机互联的计算机网络，这种网络将分散在不同地点的计算机经通信线路互联，主机之间没有主从关系，网络中的多个用户可以共享计算机网络中的软、硬件资源。20世纪70年代后期，国际标准组织ISO公布了开放系统互联参考模型(OSI/RM)。凡遵循国际标准化的计算机网络均属于第三代计算机网络，它具有统一的网络体系结构，遵循国际标准化协议，不同计算机及计算机网络之间可以方便地互联
2、起来，构成网络体系。,二、计算机网络的构成与分类 (一)计算机网络的组成与结构 计算机网络用于完成数据处理与数据传输两个任务，从结构上可分为资源子网和通信子网两个部分，如图5.2所示。资源子网由主计算机系统、终端、终端控制器联网外设等各种资源组成，主要完成数据处理功能。通信子网由网络通信处理机、通信线路与其他通信设备组成，主要完成数据的传输、转发等功能。,图5.2 计算机网络的组成与结构,(二)计算机网络类型的划分 1. 按计算机网络覆盖的范围分类 1) 局域网(Local Area Network，LAN) 所谓局域网，就是在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小，一般在10km以内，
3、传输速率为101 000Mbps。局域网在计算机数量配置上没有太多的限制。 标准以太网技术是传统局域网的关键组网技术。传统局域网使用的是以太网技术，包括采用总线拓扑结构、具有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD的总线争用技术。 千兆以太网使用原有以太网的帧结构、帧长及CSMA/CD协议，只是在低层将数据速率提高到了 1Gbps。因此，它与标准以太网(10Mbps)及快速以太网(100Mbps)兼容。 局域网由以下设备构成：网络服务器；工作站；网卡；传输介质(双绞线、同轴电缆、光导纤维电缆)；网络操作系统软件。 2) 城域网(Metropolitan Area Network，MAN) 城域
4、网一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在10100km。它采用的是IEEE802. 6标准。,城域网与局域网相比扩展的距离更长，连接的计算机数量更多，在地理范围上可以说是局域网网络的延伸。在一个大型城市或都市地区，一个城域网网络通常连接着多个局域网。 3) 广域网(Wide Area Network，WAN) 广域网可跨越几百至数千km范围的远距离。一般通过远程通信设施(铜线、光缆、无线电)连接起来。传输速率较低。 2. 按网络的拓扑结构分类 计算机网络的拓扑结构表示网络中的节点与通信线路之间的几何关系，即网络节点和通信线路组成的几何排列形态，亦称
5、网络物理结构图，反映了网络中各实体间的结构关系。 用点来表示联网的计算机，用线来表示连接计算机的通信线路。 常见的计算机网络的拓扑结构特征列举如下。 1) 总线型拓扑结构 总线型拓扑结构在一条单线上连接着所有工作站和其他共享设备(如文件服务器、打印机等)，如图5.4所示。总线型拓扑结构简单，容易安装，适合局域网使用。但当电缆上某一段发生断裂时，整个网络都会陷于停顿，线路故障定位也比较困难。由于信号和电缆的性能原因，总线型拓扑结构在使用中会受到一些限制。,2) 星型拓扑结构 星型拓扑结构使用集线器作为中心设备来连接多台计算机，如图5.5所示。星型拓扑结构的设计较简单，计算机与中心设备是点对点的连
6、接。星型拓扑结构的优点为各段介质是分离的，相互之间可不受影响；故障定位容易；重新配置网络亦较容易。但是，星型拓扑结构的电缆消耗大，网络施工工作量大。3) 环型拓扑结构 环型拓扑结构指多台设备依次连成物理的环状结构，设备之间采用点对点连接，环型拓扑结构如图5.6所示。其缺点是重新配置比较困难以及电缆消耗量较大。优点是设备之间点对点连接，可保证通信双方有充分的通信带宽，故障定位容易，容错性好。,图5.4 总线型拓扑结构,图5.5 星型拓扑结构,4) 网状型拓扑结构 在网状型拓扑结构中，两个节点之间具有多条连接通路，如图5.7所示。网状型拓扑结构的网络具有如下特点：具有很高的可靠性；传输速率高，但控
7、制起来较为复杂；信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点是造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂。在实际应用中，也可以将总线型拓扑结构和星型拓扑结构结合起来设计成混合型的网络布局。混合型的网络布局连接的自由度比较大。集线器的连接作为主干连接可以进行高速通信，也便于检测故障和扩展网络。 拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相关。选择网络拓扑结构应考虑可靠性、费用、灵活性、响应时间和吞吐量等因素。,图5.6 环型拓扑结构,图5.7 网状拓扑结构,三、计算机网络的功能 1. 硬件资源共享 2. 软件资源共享 3. 用户间信息交换 四、传输媒介 1
8、. 有线传输媒介 有线传输媒介主要有双绞线(TP)、同轴电缆和光纤。 双绞线(TP)由两根绝缘的金属导线扭在一起而成，双绞的目的是减小各对导线之间的电磁干扰。双绞线一般分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。计算机网络中最常用的是第三类和第五类非屏蔽双绞线。 同轴电缆(Coaxial Cable)是网络中最常用的传输介质，共有四层，最内层是中心导体，从里往外，依次为绝缘层、导体网和保护套。按带宽和用途来划分，同轴电缆可以分为基带(Baseband)和宽带(Broadband)两种。 光纤具有宽带、数据传输率高、抗干扰能力强、传输距离远等优点。按使用的波长区的不同分为单模和多模光纤通信
9、方式。,2. 无线传媒介 无线传输媒介主要有微波通信、卫星通信、红外通信和激光通信。 微波通信是利用微波作为载体进行传播的通信。微波通信是远距离通信的重要手段之一。通常讲的微波通信是指地面微波接力通信。微波接力通信的通信容量大、建设费用低、抗灾害性强并能满足各种电信业务的传输质量要求，是一种被广泛应用且具有强大生命力的通信方式。 卫星通信是航天技术和电子技术相结合而产生的一种重要通信方式。按地球站的站址是否固定，可将卫星通信分为卫星固定通信(FSS)和移动通信(MSS)业务。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特的优点。 红外通信就是通过红外线传输数据。红外
10、通信利用红外技术实现两点间的近距离保密通信和信息转发。红外通信保密性强、信息容量大、结构简单，既可以在室内使用，也可以在野外使用。 激光通信是指把激光作为信息载体实现通信的一种方式，它可以取代或补偿目前的微波通信。它包括激光大气传输通信、卫星激光通信、光纤通信和水下激光通信等多种方式。激光通信具有信息容量大、传送线路多、保密性强、可传送距离较远、设备轻便、费用经济等优点。,五、常见的网络互联设备 (1) 调制解调器(Modem)：在通信过程中将数字信号转换成模拟信号或者将模拟信号转换成数据信号的设备。 (2) 网桥(Bridge)：是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于网络层
11、的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。网桥可分为本地网桥和远程网桥。 (3) 网络接口卡(Network Internet Card)：简称网卡，用来负责计算机和网络之间的集中数据转换。 (4) 中继器(Repeater)：连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。它在
12、OSI参考模型中的作用是对信号进行整形，防止因线路的阻抗造成信号的衰减和畸变，增加信息传输的距离。,(5) 集线器(HUB)：一个具有多个连接端口的设备，每个端口可连接一个节点。集线器是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，因此集线器也称为多口中继器。 (6) 交换机(Switch)：用来连接多网段的中规模以上局域网的一种网络连接设备。 (7) 路由器(Router)：用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。因此，路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中建立灵活的连接，可用完
13、全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器是属于网络应用层的一种互联设备，只接收源站或其他路由器的信息，它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。路由器分本地路由器和远程路由器两种，本地路由器是用来连接网络传输介质的，如光纤、同轴电缆和双绞线；远程路由器用来与远程传输介质连接并要求配置相应的设备，如电话线要配调制解调器，无线通信要通过无线接收机和发射机等。,第二节 Internet技术,一、Internet的起源 从网络通信的角度来看，Internet是一个以TCP/IP网络协议连接各个国家、各个地区、各个机构的计算机网络的数据通信网；从信息资源的角度来看，In
14、ternet是一个集各个部门、各个领域的各种信息资源为一体，供网上用户共享的信息资源网。 Internet的发展历程可以分为三个阶段。 从1961年到1974年为第一个阶段，也叫创新阶段。 从1975年到1995年属于第二个阶段，也叫机构化阶段。 1995年至2001年被称为Internet发展的第三阶段，也叫商业化阶段。 目前，我国有四大互联网。它们分别是由信息产业部管理的中国金桥信息网(CHINAGBN)，由教育部管理的中国教育和科研网(CERNET)，由中国科学院管理的中国科技信息网(CSTNET)以及由邮电部管理的中国公用计算机互联网(CHINANET)。我国境内的任何个人和单位都是通
15、过这四大互联网接入Internet的。,二、第二代Internet (一)Internet2项目 Internet2的三个主要目标是： (1) 创建一个世界一流的高速网络环境。 (2) 促进下一代网络应用的试验研究。 (3) 确保新的网络服务和应用迅速向更广大的Internet用户普及。 Internet2的应用目标领域将包括多媒体虚拟图书馆、远程医疗、远程教学、视频会议、视频点播VOD、天气预报等方面。 Internet2的项目研究领域包括先进的网络基础设施、高性能的网络、中间件及高级网络应用。 (二)Internet2的技术环境 谈到Internet2项目，不得不提到NGI(Next Ge
16、neration Internet，下一代Internet)。NGI是由美国联邦政府资助并发起的下一代网络计划，其目的在于开发满足美国政府部门(如能源部)所需要的高性能网络及高级网络应用。此外，其他私营企业及行业组织正在研究如何提高Internet的性能以支持未来公众所需要的新的网络服务。研究项目包括光缆与带宽扩容、无线网络与3G技术和蓝牙(Bluetooth)技术。,(1) 光缆与带宽扩容项目包括光缆技术(fiber-optic cable)、光子学技术(photonics)，密集波分复用技术(Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM)以及宽带技
17、术(Big Band)。以上技术使Internet从窄带扩展到宽带数字服务，从固定网络扩展到移动网络。而大宽带技术将能够提供10Gbps以上的带宽平台，实现在交互电视、医疗成像、远程实验、多用户视频会议、视频点播VOD、天气预报等方面的应用。 (2) 无线网络与3G技术项目包括全球移动通信系统(Global System for Mobile Communications，GSM)、码分多址访问(Code Division Multiple Access，CDMA)、无线应用协议(Wireless Application Protocol，WAP)、通用无线分组业务(General Packet Radio Switching，GPRS)、无线标识语言(Wireless Markup Language，WML)、iMode(日本NTTDoCoMo公司制定的无线通信标准)和3G技术。下面分别进行简单的介绍。 GSM中文为全球移动通信系统，俗称“全球通”，是一种起源于欧洲移动通信技术标准的第二代移动通信技术。开发GSM的目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。,
